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Verfahren zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von aus Metallegierungen
bestehenden Bauteilen Bauteilen, die im Betriebe hohen Spannungen ausgesetzt sind,
kann man bekanntlich eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen diese Betriebsspannungen
dadurch verleihen, d.aß man in ihnen bei der Herstellung absichtlich eine Spannung
.erzeugt, die der Betriebsspannung entgegenwirkt. So kann man z. B. einer mit Querbohrung
versehenen, auf Schwingung beanspruchten Welle, die am Lochrand ein gefährliches
Maximum der Biegezugspannung im Betriebe aufweist, eine erhöhte Dauerfesti,gkeit
dadurch verleihen, daß man an der gefährdeten Stelle von vornherein eine Druckspannung
erzeugt, die die gefährdende Zugspannung mindestens teilweise ,aufhebt und dadurch
die Gefahr eines Dauerhruches herabsetzt. Es ist auch bekannt, die, den Betriebsspannungen
entgegenwirkenden Vorspannungen bei Stählen durch Abschrecken von einer Temperatur
unterhalb A1 zu erzeugen.
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Nach der Erfindung werden die Vorspannun,gen, die eine Herabsetzung
bzw. eine Aufhebung der den Bauteil gefährdenden Spannungen bewirken sollen, nur
durch Ausscheidungshärtung .an bestimmten Stellen der Bauteile erzeugt, wobei ein
Abschrecken vorn der Temperatur, auf die zwecks Herheiführung der Ausscheidungshärtung
angelassen wird, oder etwas niedrigerer Temperatur nicht stattfindet. Die bei der
Ausscheidungshärtung eintretende Volumenabnahme kann für jede Legierung sehr genau
bestimmt werden. Man kann daher ,auch die durch die Ausscheidungshärtung erzeugten
Spannungen im voraus genau bestimmen.
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Daß die Ausscheidungshärtung mit einer Schruunpfun;g verbunden ist,
war bekannt. Es ist ,auch schon vorgeschlagen worden, gehörte jedoch nicht zum Stande
der Technik und soll auch nicht durch das vorliegende Patent geschützt werden, in
Gegenständen, die aus ausscheidungshärtenden Legierungen bestehen, Vorspannungen
dadurch zu erzeugen, daß die Gegenstände nach entsprechen der Vorbehand= lung zur
ErzeugungderAusscheidungshärrung einer Glühbehandlung unterworfen werden und dann
zur Erzeugung der Vorspannüngen von der Glühtemperatur oder etwas niedrigerer Temperatur
abgeschreckt werden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung soll dagegen. i!m-Anschluß
,an die Ausscheidungshärtung ein Abschrecken zur Erzielung von Vorspannungen
nicht
mehr stattfinden; die Vorspannungen werden vielmehr nur durch Ausscheidungshärtung
erzeugt.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet dem. gemäß ein Verfahren zur Erhöhung
der Widerstandsfähigkeit von :aus Metallegierungen bestehenden Bauteilen gegen die
Auswirkung von im Betriebe auftretenden Spannungen, bei welchem Vorspannungen in
den Bauteilen. erzeugt werden, die den gefährdenden Spannullgen entgegenwirken bzw.
diese :aufheben., und zwar werden erfindungsgemäß die Vorspannun,gen nur durch Ausscheidungshärtung
an bestimmten Stellen der Bauteile erzeugt, ohne daß ein Abschrecken von der Temperatur,
auf die zwecks Herbeiführung der Ausscheidungs, härtung angelassen wird, oder etwas
niedrigerer Temperatur stattfindet.
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Die Verwendung der Ausscheidungshärtung zur Erzeugung der Vorspannung
bat den Vorteil, daß es bei den von höherer Temperatur abgekühlten ausscheidungshärtenden
Legierungen nur eines Anlassens auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen oder eines
längeren Lageras bedarf, um die Ausscheidungshärtung zu erzeugen. Durch die Ausscheidungshärtung
kann eine Volumenabnahme erzielt werden, die so groß ist, daß ganz erhebliche Spannungen
erzeugt werden. So hat z. B. eine Stahllegierung mit o, i o bis o, 15 % Kohlenstoff,
18 o;o Chrom, 8 % Nickel, 0,50 % Titan und i .% Wolfram beim Anlassen auf 58o° C
nach dem Schmieden bei etwa 95o° C und Luftabkühlung eine Verkürzung von bis zu
o,67 0/0 erfahren.
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Als Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung sei auf
den eingangs erwähnten Fall der aalt Querbohrungversehenen Welle verwiesen. Bei.
dieser Welle kann durch Ausscheidungshärtung in .dem gefährdeten Quersichnitt eine
Drucksp=ung erzeugt werden, die der gefährdenden Zugspannpng entgegenwirkt.
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In der Zeichnung ist in Abb. i eine teilweise im Schnitt gehaltene
Ansicht und in Abb. 2 ein Querschnitt nach 2-2 der Abb. i einer gelochten Welle
dargestellt. Bei dieser auf Schwingung beanspruchten Welle wird im Betriebe am Lochrand
b1 und b2 ein gefährliches Maximum der Biegezugspannung eintreten. Um dieses zu
verhindern, werden die von den punktierten, Linien cl und. c2 umschlossenen Zonenar,
a2 der Welle durch Erhitzen der Welle an diesen Stellen mittels Ausscheidungshärtung
gehärtet bzw. stärker durch Ausscheidung gehärtet als die übrigen Teile der Welle,
die weniger hoch erwärmt werden. Die Zonen a1 und a2 haben daher das Bestreben,
sich stark zusammenzuziehen und erzeugen daher in den weniger oder nicht schrumpfenden,
die Bohrung begrenzenden Längsfasern eine Druckspannung, die der im Betriebe auftretenden
Biegezugspannung entg eg enwirkt.
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Bei Gegenständen, die aus mehreren miteinander verbundenen Bauteilen
bestehen, kann man die Vorspannung dadurch erzeugen; daß nicht ;alle, sondern npr
bestimmte Bauteile der Ausscheidungshärtung unterworfen werden. Will man z. B. einen
aus mindestens zwei Schichten bestehendem Hohlkörper, beispielsweise einen aus zwei
durch Schrumpfen verbundenen Mänteln bestehenden Hochdruckbehälter herstellen, so
mußte man bisher den äußeren Mantel -erhitzen und bei erhöhter Temperatur auf den
inneren- Behälter aufschrumpfen. Es liegt auf der Hand, daß ein solches Verfahren
infolge der schnellen Abkühlung großer, aber verhältnismäßig dünnwandiger Körper
große Schwierigkeiten bereitet. Nach der Erfindung wird der äußere Mantel z. B.
aus einer ausscheidungshärtenden Stahllegierung hergestellt, die die sich ausscheidende
Stahlleg:ierungskomponente infolge geeigneter Wärmebehandlung, z. B. Abschrecken
von hoher Temperatur, in Lösung enthält. Der äußere Mantel wird hierauf in kaltem
Zustand über den inneren Behälter geschoben und dann auf eine der Anlaßtemperatur
entsprechende verhältnismäßig niedrige Temperatur erwärmt. Dieses Anlassenbewirkt
die Ausscheidungshärtung des äußeren- Mantels und hat zufolge der mit der Ausscheidungshärtung
verbundenen Volumenabnahme eine Aufschrumpfung des äußeren Mantels.auf den inneren
Mantel zur Folge. Die das. Aufschrumpfen bewirkende Spannung ist der beim Betrieb
des Hochdruckbehälters wirksamen Spannung entgegengesetzt gerichtet und verringert
daher die Gefahr eines Dauerbruches oder einer unerwünschten bleibenden Dehnung
des Hochdruckbehälters in erheblichem Maße.