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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.
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Die Anwendung dieser vereinfachten Behandlungsweisen hat sich nicht
in dein Maße eingeführt, wie man es hoffen konnte, weil beide Verfahren ernstliche
Nachteile besitzen.
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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.
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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.
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Die Schwierigkeiten in ;der Anwendung der aufgeführten Verfahren liegen
darin, daß.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es können zahlreiche verschiedene Ausführungen von diesem allgemeinen
Verfahren hergeleitet werden. So sind beispielsweise die Schienen mittels Luft,
Dampf oder Wasserstrahlen abgekühlt worden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Inder beiliegenden Zeichnung sind als Beispiel zwei Ausführungen dargestellt.
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Abb. i ist ein Aufriß der Vorrichtung, Abb.2 ein Ouerschnitt derselben.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen eine abgeänderte Ausführung der Vorrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.