DE396946C - Verfahren und Vorrichtung zum Haerten von Gegenstaenden - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Haerten von Gegenstaenden

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DE396946C
DE396946C DEC31432D DEC0031432D DE396946C DE 396946 C DE396946 C DE 396946C DE C31432 D DEC31432 D DE C31432D DE C0031432 D DEC0031432 D DE C0031432D DE 396946 C DE396946 C DE 396946C
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hardening
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liquid
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DEC31432D
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62Quenching devices
    • C21D1/63Quenching devices for bath quenching

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Gegenständen. Um das Härten und Anlassen einfacher zu gestalten und insbesondere u m das Anlassen nach Odem Erhärten fortzulassen, hat man vorgeschlagen, entweder das Erhärten vor dem vollkommenen Erkälten ztun Stillstand zu bringen oder in einer begrenzten Flüssigkeitsmenge zu härten. Im ersten Falle ist die Wärmemenge, welche in dem Stücke zurückblelbt, nachdem das Erhärten zum Stillstand gebracht ist, ausreichend, um die gehärteten Teile zu erhitzen und das Anlassen auszuführen. Im zweiten Falle begrenzt die Erwärmung des zum Härten nötigen Bandes, dessen Menge zu der Masse des zu behandelnden Werkstückes in das richtige Verhältnis gebracht wurde, die Geschwindigkeit des Erkaltens und führt ein langsames Erhärten herbei. Dies kann zu Ergebnissen führen, die denen analog sind, die durch ein energischeres Härten und nachfolgendes Anlassen erzielt werden.
  • Die Anwendung dieser vereinfachten Behandlungsweisen hat sich nicht in dein Maße eingeführt, wie man es hoffen konnte, weil beide Verfahren ernstliche Nachteile besitzen.
  • Im ersten Verfahren ist die Erkaltungsgeschwindigkeit der mit einer bedeutenden Menge Flüssigkeit in Berührung stehenden Oberflächen so beträchtlich, daß es notwendig ist, .das Härten genau auf,die Sekunde anhalten zu können. Eine derartige Genauigkeit ist in der laufenden Werkstättenpraxis kaum zu erzielen, so daß die Ergebnisse unzuverlässig und ungleichmäßig sind. Außerdem ist es mit diesem Verfahren schwierig, die Werkstücke bis zu einer gewissen Tiefe zu härten, ohne die Oberflächen so sark abzukühlen, daß sie dann hart und spröde bleiben.
  • Das Härten in. einer der zu behandelnden Masse angepaßten Flüssigkeitsmenge ermöglicht die Abkühlungsgeschwindigkeit zu begrenzen und erleichtert infolgedessen die Berechnung des Augenblicks, in welchem das Härten unterbrochen werden ruß, um eine vorbestimmte Härte zu erhalten. Man hat aber die Erfahrung gemacht, daß dieses Verfahren eine sehr erhebliche Unregelmäßigkeit ergab, und zwar nicht nur von einem Stücke zum anderen, sondern auch in ein und demselben Werkstücke. Außerdem besitzen zweifellos wegen dieses Mangels an Einheitlichkeit und wegen innerer Spannungen, die hierdurch entstehen, die Werkstücke eine starke Neigung zum Zerspringen.
  • Die Schwierigkeiten in ;der Anwendung der aufgeführten Verfahren liegen darin, daß.
  • i. dieAbkühlungsgeschwindigkeit der Oberflächen, welche in eine erhebliche Menge kalter Flüssigkeit getaucht werden, beträchtlich ist, und daß 2. die rasche Erhitzung einer begrenzten Flüssigkeitsmenge und dieBildung vonDampfblasen inmitten ,dieser Masse sehr unregelmäßige Vorgänge sind.
  • Die Erfindung besteht darin, daß die zu behandelnden Stücke auf eine höhere Temperatur als die kritische gebracht und einer bestimmten Anzahl Eintauchungen von kurzer Dauer in Wasser oder einer anderen kalten oder warmen Flüssigkeit unterworfen werden, wobei die Flüssigkeit in begrenzter Menge v erivendet wird in einem Behälter oder in einer Form, die den zu behandelnden Stücken angepaßte Abmessungen besitzt.
  • Die Erfahrung hat gezeigt, daß man so die vorher aufgeführten Schwierigkeiten beseitigen konnte, wobei die Vorteile des teilweisen Härtens und des Härtens mit Hilfe einer begrenzten Flüssigkeitsmenge beibehalten werden. Die Menge der verwendeten Flüssigkeit, die Dauer und Zahl der Eintauchungen werden durch die Erfahrung bestimmt.
  • Die Dauer der Eintauchangen und die Flüssigkeitsinenge, welche als Härtungsbad üenutzt wird, wird vorzugsweise derart bestimmt, claß die Stangen oder die zu behandelnden Gegenstände schnell genug abkühlen, um die gewünschte Härtung anzunehmen, ohne daß jedoch die Abkühlungsgeschwindigkeit so weit getrieben wird, daß Gaßeinschlüsse oder gar Rissebildung zu befürchten wären. Die Aushebedauer ruß so lange beme,sseti werden, daß sich bei jeder Heraushebung ein Temperaturausgleich in den gehärteten Schichten vollziehen kann. Die Anzahl der Eintauchtingen ist gleichfalls derart zu wählen, daß die Wärmemenge, welche in der Masse der Stücke zurückbleibt, nachdem die letzte Eintauchung stattgefunden hat, die gehärteten Teile auf eine Temperatur erwärmen kann, welche niedriger ist als die kritische Temperatur, die andererseits aber genügt, uni das gewünschte Anlassen herbeizuführen.
  • In bestimmten Fällen wird es -notwendig s,-:in, die zu 1 ehandelnden Stücke vollständig einzutauchen oder vollkommen herauszuheben. Andererseits kann es mitunter auch zweckmäßig sein, die Tiefe oder Höhe des Eintauchens oder des Herausnehmens im Laufe der Behandlung zu verändern.
  • Die Vorteile dieser Pehandlungsweise sind die folgenden: i. Während jedes Herausnehmens werden die Oberflächenteile der Werkstücke, die ini Laufe der vorhergehenden Eintauchungen gehärtet wurden, langsam durch die Luft abgekühlt, während sie durch den Hitzestrom, der von dem Mittelpunkte des Stückes herströmt, stark erwärmt werden. Demzufolge schwanken dadurch, daß man einerseits die entsprechende Dauer der Eintauchungen und der Heraushebungen und ihre Zahl, andererseits die Menge des Härtungsbades passend regelt, in den zu behandelnden Teilen die Temperaturen zwischen dem Abkühlen im kalten oder mehr oder weniger warmen Wasser und dem Abkühlen an der freien Luft.
  • 2. Die Heraushebungen erhöhen die Dauer der Behandlungen zugleich wie sie die Erkaltungsgeschwind.igkeit vermindern; hierdurch wird die Erkennung des Augenblicks, an dein zur Erzielung eines bestimmten Ergebnisses die Behandlung angehalten werden muß, bede.utend erleichtert.
  • 3. Die Erhitzung beim Herausheben gleicht in den gehärteten Schichten die Ungleichheiten in der Temperatur aus, die von den Abkühlungsunterschieden herrühren, die sieh während der vorhergehenden Eintauchung vollziehen konnten urld läßt gleichzeitig die Dampfblasen, die sich im Innern der Flüssigkeit gebildet hatten, verschwinden. Auch wird das Bad durch das Herausnehmen und durch (las @N'iedereintauchen der Stücke aufgewühlt und dadurch seine Temperatur ausgeglichen. Hieraus geht hervor, daß man durch die Unterbrechung ,des Härtens vollkommen regelmäßige Ergebnisse in ein und demselben Stücke und zwischen einem Stücke und einem anderen erhält und daß man Gaseinschlüsse, die Ungleichförmi@gk eit in dem Erkalten verursachen könnten, vermeidet.
  • 4.. Für gleiche Stücke und das gleiche Härtungsbad erfolgt die Erhitzung des Bades um so schneller, je höher die Anfangstemperatur derStücke ist. DieseWirkung gleicht dieTemperaturunterschiede aus, die die Stücke vor der Behandlung aufweisen können, so daß die gleichen Ergebnisse erzielt werden, wenn nach @-orl.iegendem Verfahren und ohne nachfolgende Erhitzung die Stangen, die aus dem Walzwerk in Temperaturen herauskommen, welche höher liegen als die kritische Temperatur, aber untereinander um 25 bis 5o° verschieden sind, behandelt werden.
  • Es ist nicht möglich, im voraus für alle Fälle die Zahl und die Dauer der Eintauchungen und die als Härtungsbad zu verwendende Flüssigkeitsmenge festzusetzen, weil dies von den Abmessungen der zu behandelnden Stücke und den Eigenschaften, die man ihnen zu geben beabsichtigt, abhängt. Die Regelung der Behandlung isst aber leicht mittels einiger Vorv ersuche zu ermitteln, die durch mechanische und metallographische Untersuchungen ausgewertet werden.
  • Die Erfindung ist ganz allgemein bei der Wärmel:ehandlung aller Gegenstände aus hohlenstoffstahl oder aus Spezialstahl oder aus einer anderen Legierung, die gehärtet werden kann, anwendbar. Insbesondere soll die Anwendung bei (der Wärmebehandlung von Stahlschienen dargelegt werden.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, Schienen zu härten, indem man bestimmte Teile der Schienen und besonders den Schienenkopf von einer über dem kritischen Punkt l.ie-gend enTemperatur abkühlt, und zwar :derart, daß dieser kritische Punkt nachher trotz der Wiedererwärmang durch die zurückbleibende, in ,der Schiene aufgespeicherte Wärme nicht mehr erreicht wird.
  • Es können zahlreiche verschiedene Ausführungen von diesem allgemeinen Verfahren hergeleitet werden. So sind beispielsweise die Schienen mittels Luft, Dampf oder Wasserstrahlen abgekühlt worden.
  • Das Verfahren, welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, besteht im wesentlichen darin, daß das Härten durch mehrmaliges, kurzes Eintauchen des zu behandelnden Gegenstandes ,in einem Bade von begrenztem Umfang erfolgt.
  • Diese Ausführungsart gestattet dadurch, daß man den Umfang :des Härtungsbades, die Anzahl und die Dauer der Eintauchungen schwanken :läßt, die Schiene einen beliebigen Temperaturkreis durchlaufen zu lassen von demjenigen, welcher einem vollständigen Abschrecken in kaltem Wasser entspricht bis zu dem natürlichen, in ruhiger Luft erfolgenden Abkühlungskrems, wobei dem Stahle in genauester Weise die besonders gewünschten Eigenschaften verliehen werden können.
  • Das Verfahren ist durch seine Mannigfaltigkeit für ausgedehntere Anwendungsmöglichkeiten geeignet als die bekannten Verfahren. Es hat im übrigen noch den Vorzug, daß dazu nur einfache und leicht herstellhare Vorrichtungen benötigt werden.
  • Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus Trägern, auf denen die Schienen ruhen, die an einem beweglichen oder festen Balken aufgehängt sind, und zwar derart"daß sie die erhitzten oder bei einer über dem kritischen Punkt liegenden Temperatur erfaßten Gegenstände in einer passenden Entfernung vom kalken halten.
  • Inder beiliegenden Zeichnung sind als Beispiel zwei Ausführungen dargestellt.
  • Abb. i ist ein Aufriß der Vorrichtung, Abb.2 ein Ouerschnitt derselben.
  • Die Abb. 3 und 4 zeigen eine abgeänderte Ausführung der Vorrichtung.
  • Die Vorrichtung ,besteht aus einem wagerechten Balken a, der an den. Armen b die Führungsrollen c trägt, auf denen .die Fußplatte, oder wenn es sich um Schienen mit Doppelkopf handelt, der Sockel für die Schienen ruht. Unterhalb des Balkens d ist ein kleines Becken d angebracht, das eine bestimmte Menge kalten Wassers enthält, das nach dem Schienenprofil berechnet und für jede Stange erneuert wird.
  • Die Schienen, die aus den Walzwerken mit einer Temperatur von 8oo bis 85o° herauskommen, werden mittels ihrer Platte am Balken a in der Weise aufgehängt, daß sie den Kopf vollkommen frei lassen, Nvie es die Abb. 2 und 4 zeigen. Der Kopf wird dann auf einer veränderlichen Höhe mit dem Profil im Wasser gehärtet und zwar ;durch eine Reihe aufeinanderfolgender Eintauchungen und Heraushebungen, die durch die Erfahrung bestimmt wird.
  • Für eine Vignolschiene z. B., die 45 kg für das laufende Meter wiegt, ist das Wassergewicht io kg für .das Meter und die Anzahl der Eintauchungen 15 in einer Minute.
  • Wenn die Eintauchungen erfolgt sind, wird die Schiene aus dein Wasser herausgenommen, aus dem Apparat herausgezogen und auf ein Külill).ett gelegt, wo sie langsam an der freien Luft abkühlen kann.
  • Gleich nach Beendigung des Härtens wird (las Wasser der Wanne, das eine Temperatur von 9o bis g5° erreicht hat, rasch ausgegossen und durch kaltes Wasser ersetzt, und die Vorrichtung ist für die Behandlung einer neuen .Stange fertig.
  • Damit das Härten auf der ganzen Länge der Schienen gleichmäßige Ergebnisse zeitigt, ist es unumgänglich notwendig, daß der Balken a und die Stangen selbst während der ganzen Behandlungsdauer wagerecht bleiben.
  • Zu ,diesem Zwecke wird der Balken a derart berechnet, daß er ohne sich wesentlich zu liegen das Gewicht .der schwersten zu behandelnden Schienen trägt. Im übrigen sind die Arme b so läng, daß die durch Leitung und Strahlung von den Schienen auf den Balken übertragenen Wärmemengen nicht imstande sind, den Balken zu verbiegen. Zum gleichen Zwecke werden Blätter aus Asbest oder anderen Isolierstoffen zwischen die Führungsrollen und die Arme und unter den Balken selbst gelegt. Wenn diese Vorsichtsmaßregeln für einen beschleunigten Betrieb nicht ausreichen sollten, so kann der Balken durch Wasserkreislauf oder auf andere geeignete Weise abgekühlt werden.
  • Um zu vermeiden, daß die Schienen selbst, welche ,dazu neigen, sich unter der Einwirkung des Härtens zu wölben, ihre Form verlieren, kann man beispielsweise an dem Balken Riegel e anbringen, durch die die .Schienen von dem Augenblicke ihrer Einführung in die Vorrichtung in ihrer wagerechten Lage festgeklemmt «-erden, so daß Verbiegungen kaum vorkommen können.
  • In der in den Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform ist der Balken a fest und das Becken d nach aufwärts beweglich. In der zweiten Ausführung (Abb. 3 und q.) ist <las Becken d fest und der Balken a erhält die wechselweise Auf- und Abbe-,vegung.
  • Die Erfindung ist übrigens nicht auf diese beiden Ausführungsmöglichkeiten beschränkt. Man könnte beispielsweise auch die gleichen Ergebnisse erzielen, indem man aufeinanderfolgend verschiedene ;Höhen der Härtungsflüssigkeit in der Wanne anwendet, wobei das Becken und die Schiene festbleiben, und nur der Stand ,der Flüssigkeit in dein Becken sich abwechselnd hebt und senkt.

Claims (3)

  1. PATENT-ANsPRÜcHE: i. Verfahren zum Härten von Gegenständen in einer über der kritischen Temperatur liegenden Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten .durch mehrmaliges kurzes Eintauchen des zu behandelnden Gegenstandes in einem Bade von begrenztem Umfange erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch z, und zum Härten von Stangen großer Länge in einem in senkrechter Richtung beweglichen oder festen, die Flüssigkeit enthaltenden Becken, dadurch gekennzeichnet, daß die zu härtenden Gegenstände auf Trägern ruhen, welche an einem beweglichen oder festen Balken aufgehängt sind und die die erhitzten Gegenstände in einer passenden Entfernung von dein Balken halten, -wobei bei feststehendem Becken und Balken der Flüssigkeitsspiegel mehrere Male durch geeignete Mittel gehoben und gesenkt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme schlecht leitende Bauteile zwischen den Stützen auf dem Balken angebracht werden, um ein Verbiegen des letzteren zu vermeiden. d.. Vorrichtung nach Anspruch r und 2, insbesondere zum Härten von Eisenbahnschienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen während der gesamten Dauer der Behandlung genau geradlinig und wagerecht niedergelassen werden, wodurch (las Härten in einer, von einem zum anderen Schienenende gleichmäßig unveränderten Höhe erfolgt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0757110A1 (de) * 1995-06-28 1997-02-05 BWG Butzbacher Weichenbau GmbH Verfahren zur Wärme-bzw. Vergütebehandlung eines Gleisteils
DE102015202464A1 (de) * 2015-02-11 2016-08-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0757110A1 (de) * 1995-06-28 1997-02-05 BWG Butzbacher Weichenbau GmbH Verfahren zur Wärme-bzw. Vergütebehandlung eines Gleisteils
DE102015202464A1 (de) * 2015-02-11 2016-08-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen
DE102015202464B4 (de) 2015-02-11 2018-10-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen

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