DE69926272T2

DE69926272T2 - Verfahren zum Wärmebehandeln eines hohlzylindrischen Werkstückes

Info

Publication number: DE69926272T2
Application number: DE69926272T
Authority: DE
Inventors: Isao Chiyoda-ku Yoshida; Kimio Chiyoda-ku Goto; Hiroyuki Chiyoda-ku Takeno; Masahiro Chiyoda-ku Nakajima
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-01-30
Also published as: EP0933437A2; JP4187334B2; EP0933437A3; DE69926272D1; KR100303166B1; KR19990068141A; JP2000239744A; EP0933437B1; US6179936B1; CN1224765A; CN1100151C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines hohlen, zylindrischen Werkstücks. Das hohle, zylindrische Werkstück umfasst z.B. eine Laufbuchse, die eines der Elemente ist, die für eine auf Konstruktionsfahrzeugen montierte Endlosspur verwendet werden, aber das hohle, zylindrische Werkstück ist nicht nur auf Laufbuchsen beschränkt.
Für ein hohles, zylindrisches Werkstück, so etwa eine Laufbuchse, die für eine Endlosspur verwendet wird, ist an der Innenfläche, der Außenfläche und daran angrenzenden Abschnitten Härte erforderlich, um so eine hohe Verschleißfestigkeit sicherzustellen, und am Kernabschnitt einer Wand ist Festigkeit erforderlich, um so verhindern, dass sich Risse von den Oberflächen ausbreiten.
Um diese zwei Qualitätsanforderungen gleichzeitig zu erfüllen, wurden die folgenden Wärmebehandlungsverfahren vorgeschlagen:

(1) Ein Verfahren, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. SHO 59-77979 vorgeschlagen ist, umfasst, wie in 6 veranschaulicht, einen ersten Schritt, in welchem ein Werkstück 111 Hochfrequenz-Abschreckhärten von der Außenfläche des Werkstücks 111 aus zu einem Teil einer inneren, effektiv abschreckgehärteten Schicht unterzogen wird, sowie einen zweiten Schritt, in welchem nach dem ersten Schritt der Innenteil des Werkstücks 111 Hochfrequenz-Abschreckhärten unterzogen wird, während der Kernabschnitt der Wand des Werkstücks getempert wird.

In 6 bezeichnet eine Bezugsziffer 112 ein Werkzeug zum Einsetzen eines Werkstücks, die Bezugsziffer 113 eine Heizspule, die Bezugsziffer 114 einen Kühlmantel, die Bezugsziffer 11 eine Heizspule, und die Bezugsziffern 116 und 117 bezeichnen Kühlmäntel. Im ersten Schritt wird das Werkstück 111 in vertikaler Richtung befördert, und das Abschreckhärten wird durch Erhitzen des Werkstücks 111 von der Außenfläche aus durchgeführt, gefolgt vom Kühlen des Werkstücks 111 von der Außenfläche aus. Im zweiten Schritt wird das Werkstück 111 in vertikaler Richtung befördert, und das Abschreckhärten wird durch Erhitzen des Werkstücks 111 von der Innenfläche aus durchgeführt, gefolgt vom Kühlen des Werkstücks 111 gleichzeitig von der Außenfläche und von der Innenfläche aus.
7 zeigt die Härteverteilung im Werkstück 111 nach der Durchführung jedes Schritts.

(2) Ein Verfahren, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 9-143564 (japanische Patentanmedlung Nr. HEI 7-299997) vorgeschlagen ist, umfasst, wie in 8 verdeutlicht, einen ersten Schritt, in welchem Hochfrequenz-Abschreckhärten auf einem gesamten Querschnitt einer Wand von der Außenfläche aus zur Innenfläche eines Werkstücks 120 durchgeführt wird, und einen zweiten Schritt, in welchem nach dem ersten Schritt der Innenteil des Werkstücks 120 Hochfrequenz-Abschreckhärten unterzogen wird, während der Kernabschnitt der Wand getempert wird.

In 8 bezeichnet die Bezugsziffer 121 eine Heizspule, die Bezugsziffer 122 einen Kühlmantel, die Bezugsziffern 123 und 124 bezeichnen Drehwalzen, Bezugsziffer 125 bezeichnet eine Heizspule, und Bezugsziffer 126 bezeichnet einen Kühlmantel. Im ersten Schritt wird das Werkstück 120 in horizontaler Richtung befördert, und Abschreckhärten wird durchgeführt, indem das Werkstück 120 von der Außenfläche aus erhitzt wird, gefolgt vom Kühlen des Werkstücks 120 von der Außenfläche aus, nachdem eine gleichmäßige Temperatur des Werkstücks 120 erzielt wurde, während das Werkstück 120 von der Heizspule 121 zum Kühlmantel 122, die voneinander beabstandet sind, befördert wird. Im zweiten Schritt wird das Werkstück 120 in vertikaler Richtung, einschließlich von schrägen, die in Bezug auf die Vertikale geneigte Richtungen, befördert, und das Abschreckhärten wird durchgeführt, indem das Werkstück 120 von der Innenfläche aus erhitzt wird, gefolgt vom Kühlen des Werkstücks 120 von der Außenfläche aus.
9 zeigt die Härteverteilung im Werkstück 120 nach Durchführung jedes Schritts.

(3) Ein Verfahren, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 1-75629 vorgeschlagen wurde, umfasst einen ersten Schritt, in welchem Hochfrequenz-Ab schreckhärten auf dem gesamten Wandquerschnitt von der Außenfläche aus zur Innenfläche eines Werkstücks durchgeführt wird, und einen zweiten Schritt, in welchem nach dem ersten Schritt das Werkstück, während der Innenteil des Werkstücks gekühlt wird, vom Außenabschnitt aus Hochfrequenz-Abschreckhärten unterzogen wird, während der Kernabschnitt getempert wird.

Im zweiten Schritt wird ein Kühlmantel innerhalb der Innenfläche des Werkstücks so eingesetzt, dass er den Innenabschnitt des Werkstücks kühlt.
In den obigen herkömmlichen Verfahren ist es aber nicht möglich, eine kontinuierliche Wärmebehandlung in einer zusammengefassten Fertigungslinie, die den ersten und den zweiten Schritt umfasst, durchzuführen.
Insbesondere im ersten herkömmlichen Verfahren (1) wird, da das Werkstück sowohl im ersten als auch im zweiten Schritt in vertikaler Richtung befördert wird, die Wärmebehandlung der Werkstücke nicht kontinuierlich durchgeführt, sondern sie erfolgt intermittierend, eines nach dem anderen.
Im zweiten herkömmlichen Verfahren (2) wird im ersten Schritt das Werkstück in horizontaler Richtung befördert, was im ersten Schritt eine kontinuierliche Wärmebehandlung ermöglicht. Da das Werkstück im zweiten Schritt aber in vertikaler Richtung befördert wird, wird die Wärmebehandlung der Werkstücke im zweiten Schritt intermittierend, eines nach dem anderen, durchgeführt.
Im dritten herkömmlichen Verfahren (3) wird, da im zweiten Schritt der Kühlmantel innerhalb der Innenfläche des Werkstücks eingesetzt wird, die Wärmebehandlung der Werkstücke intermittierend, eines nach dem anderen, durchgeführt.
Demgemäß weisen die obigen herkömmlichen Verfahren die folgenden Probleme auf:

(A) Die Gesamtzykluszeit wird durch die Zykluszeit des intermittierenden Wärmebehandlungsschritt bestimmt, so dass die Produktivität darüber hinaus nicht weiter verbessert wird.
(B) Es muss eine Betätigungsvorrichtung zum Einsetzen der Heizspule und des Kühlmantels innerhalb der Innenfläche des Werkstücks bereitgestellt werden, was zu gesteigerten Anfangskosten führt.
(C) Da zwischen den gegenüberliegenden Endabschnitten und einem Mittelabschnitt einer Gesamtlänge des Werkstücks bei der intermittierenden Wärmebehandlung ein Temperaturunterschied hervorgerufen wird, wird nach der Wärmebehandlung das Ausmaß der Dimensionsabweichung des Werkstück erhöht.

Weiters offenbart SU-1770401 ein Verfahren, um die Verschleißfestigkeit eines Bohrrohrs durch Oberflächenhärtung nach der Gesamthärtung zu erhöhen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines hohlen, zylindrischen Werkstücks bereitzustellen, das eine kontinuierliche Wärmebehandlung ermöglicht, die in einer zusammengefassten Fertigungslinie durchgeführt wird.
Im Verfahren nach dem obig beschriebenen Ziel weist das hohle, zylindrische Werkstück eine Außenfläche und eine Innenfläche auf, die gemeinsam die Außen- und Innenfläche einer Wand definieren. Die Wand weist einen Außenabschnitt auf, der zwischen der Außenfläche und einem von der Außenfläche um eine Distanz, die größer als ein Viertel der Dicke der Wand und kleiner als die Hälfte der Dicke der Wand ist, beabstandeten Position definiert ist. Ein Innenabschnitt ist zwischen der Innenfläche und einer von der Innenfläche um eine Distanz, die kleiner als die Hälfte der Dicke der Wand ist, beabstandeten Position definiert, und ein Kernabschnitt ist zwischen dem Außenabschnitt und dem Innenabschnitt definiert.
Das obig beschriebene Ziel wird mit einem Verfahren des Abschreckhärtens, wie es in Anspruch 1 dargelegt ist, erreicht. In einem ersten Schritt des Abschreckhärtens werden Werkstücke kontinuierlich, ein Werkstück nach dem anderen, in im Wesentlichen horizontaler Richtung ohne Abstand zwischen den benachbarten Werkstücken befördert. Während die Werkstücke eines nach dem anderen kontinuierlich befördert werden, werden sie gleichzeitig über einen gesamten Querschnitt der Wand des Werkstücks auf eine Temperatur erhitzt, die gleich wie oder höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt und gleich wie oder niedriger als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist, aber ausschließlich von der Innenfläche des Werkstücks aus. Eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur in Längs- und in Dickenrichtung des Werkstücks wird erzielt, indem ein Zeitraum gewählt wird, der für das Bewegen des Werkstücks zu einem vom Heizabschnitt beabstandeten Kühlabschnitt benötigt wird. Bevor die Temperatur des Werkstücks auf die Ar₃-Temperatur abfällt, wird ein Kühlvorgang des Werkstücks von nur der Außenfläche aus eingeleitet, so dass der gesamte Querschnitt der Wand des Werkstücks abschreckgehärtet wird.
In einem zweiten Schritt wird das Werkstück, dessen gesamter Wandquerschnitt abschreckgehärtet wurde, erneut, eines nach dem anderen, ohne Abstand zwischen den benachbarten Werkstücken in horizontaler Richtung befördert. Während der Beförderung des Werkstücks wird nur der Außenabschnitt der Wand nur von der Außenfläche des Werkstücks aus auf eine Temperatur, die gleich wie oder höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt und gleich wie oder niedriger als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist, innerhalb eines Zeitrahmens von weniger als 3 Sekunden induktionserhitzt.
Nach dem Erhitzen wird das Werkstück nur von der Außenfläche des Werkstücks aus abgekühlt, ohne dass dabei der Innenabschnitt direkt von der Innenfläche aus abgekühlt wird, so dass das Werkstück an einer ersten Position innerhalb des Außenabschnitts eine effektive Härte aufweist. Der Abschnitt zwischen der ersten Position mit der effektiven Härte und der Außenfläche weist eine höhere Härte als die effektive Härte auf, und der Abschnitt, der näher am Kernabschnitt liegt als die erste Position mit der effektiven Härte, weist eine niedrigere Härte als die effektive Härte auf.
Das Werkstück weist somit auch an einer zweiten Position innerhalb des Innenabschnitts eine effektive Härte auf. Der Abschnitt zwischen der zweiten Position mit der effektiven Härte und der Innenfläche weist eine höhere Härte als die effektive Härte auf, und der Abschnitt, der näher am Kernabschnitt als an der zweiten Position mit der effektiven Härte liegt, weist eine niedrigere Härte als die effektive Härte auf.
Dieses Verfahren führt zu verschiedenen Vorteilen. Da das Werkstück im ersten Schritt in horizontaler Richtung befördert wird, wie im ersten Schritt des in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 9-143564 veröffentlichten herkömmlichen Verfahrens, liegt ein Vorteil darin, dass eine kontinuierliche Wärmebehandlung möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im zweiten Schritt weder eine Heizspule noch ein Kühlmantel innerhalb einer Innenflächenseite des Werkstücks eingesetzt werden muss. Aufgrund der horizontalen Bewegung des Werkstücks im zweiten Schritt ist weiters wiederum eine kontinuierliche Wärmebehandlung möglich.
Besteht das Werkstück entweder aus Kohlenstoffstahl oder aus niedriglegiertem Kohlenstoffstahl, so kann das Tempern nach dem das Befördern, Erhitzen und Kühlen umfassenden zweiten Schritt durchgeführt werden. Wird das Werkstück getempert, so wird die Härte an der Oberfläche des Werkstücks verringert, aber die Festigkeit des gesamten Werkstücks wird erhöht, so dass das Werkstück in der Praxis verwendet werden kann.
Beim Tempervorgang kann das Tempern das Erhitzen in einem Ofen umfassen. Das Erhitzen in einem Ofen während des Temperns ermöglicht, dass der gesamte Querschnitt der Wand des Werkstücks auf eine gleichmäßige Temperatur erhitzt wird. Die Heiztemperatur während des Erhitzens im Ofen kann im Bereich von 150 bis 250 °C oder im Bereich von 400 bis 700 °C liegen. Wird das Werkstück im unteren Temperaturbereich von 150 bis 250 °C getempert, so wird die während des Abschreckhärtens erzielte Härte kaum verringert, und es wird die erforderliche Verschleißfestigkeit sichergestellt. Wird das Werkstück im höheren Temperaturbereich von 400 bis 700 °C getempert, so kann gute Festigkeit sichergestellt werden.
Das Werkstück kann entweder aus Kohlenstoffstahl oder aus niedriglegiertem Kohlenstoffstahl bestehen. Besteht das Werkstück entweder aus Kohlenstoffstahl oder aus niedriglegiertem Kohlenstoffstahl, so kann das Tempern das Induktionserhitzen ausschließlich von der Außenfläche aus umfassen; dies führt zu einer kürzeren Behandlungszeit und ermöglicht die Verwendung von kompakter Ausrüstung. Umfasst das Tempern auch das Induktionserhitzen, so kann die Heiztemperatur im Bereich von 150 bis 250 °C oder im Bereich von 400 bis 700 °C liegen. Liegt die Temperatur im unteren Bereich von 150 bis 250 °C, so wird die während des Abschreckhärtens erzielte Härte kaum verringert, und es wird die erforderliche Verschleißfestigkeit sichergestellt. Liegt die Temperatur im höheren Bereich von 400 bis 700 °C, so kann gute Festigkeit sichergestellt werden.
Das Werkstück kann auch aus kohlenstoffarmem Stahl oder niedriglegiertem kohlenstoffarmem Stahl bestehen. Der niedriglegierte kohlenstoffarme Stahl kann aus kohlenstoffarmem Borstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05–0,30 Gew.-% hergestellt sein. Wird kohlenstoffarmer Borstahl verwendet, so wird gute Festigkeit sichergestellt.
Besteht das Werkstück aus kohlenstoffarmen Stahl oder aus niedriglegiertem kohlenstoffarmem Stahl, so kann der Schritt des Temperns zur Gänze weggelassen werden. Das Weglassen dieses Schritts weist diesen Vorteil auf, dass die für die Wärmebehandlung des Werkstücks erforderliche Gesamtzeit reduziert wird. Der Grund, warum der Schritt des Temperns eliminiert werden kann, liegt darin, dass die Mikrostruktur des Metalls des Werkstücks nach dem Abschreckhärten unverändert ist, wenn das Werkstück aus kohlenstoffarmem Stahl oder aus niedriglegiertem kohlenstoffarmem Stahl besteht, und dass selbst dann eine kohlenstoffarme Martensit-Mikrostruktur erhalten wird, wenn nach dem Abschreckhärten der Tempervorgang bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich und verständlich, worin:
1 ein Grundriss einer Vorrichtung zum Durchführen von Abschreckhärten ist, umfassend einen ersten und einen zweiten Schritt eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines hohlen, zylindrischen Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des ersten Schritts des Verfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des zweiten Schritts des Verfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Querschnitt eines Kühlabschnitts im zweiten Schritt des Verfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Diagramm ist, das die Härteverteilung im Werkstück nach der Durchführung jedes Schritts im Verfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Querschnitt einer Vorrichtung zum Durchführen eines ersten und eines zweiten Schritts gemäß eines Wärmebehandlungsverfahrens ist, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. SHO 59-77979 offenbart ist;
7 ein Diagramm ist, dass die Härteverteilung im Werkstück nach der Durchführung jedes Schritts gemäß des in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. SHO 59-77979 offenbarten Verfahrens zeigt;
8 ein Grundriss einer Vorrichtung zum Durchführen eines ersten und eines zweiten Schritts gemäß eines Wärmebehandlungsverfahrens ist, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 9-143564 offenbart ist; und
9 ein Diagramm ist, dass die Härteverteilung im Werkstück nach der Durchführung jedes Schritts gemäß des in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 9-143564 offenbarten Verfahrens zeigt.
Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines hohlen, zylindrischen Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
Es folgt hierin nachfolgend eine Beschreibung einer für eine Endlosspur, die auf Baufahrzeugen wie einem Bagger montiert wird, verwendeten Laufbuchse als Beispiel für ein hohles, zylindrisches Werkstück. Das hohle, zylindrische Werkstück ist aber nicht auf die Laufbuchse beschränkt und kann auch andere hohle, zylindrische Werkstücke umfassen. Im Fall einer Laufbuchse, die für die auf einem Bagger montierte Endlosspur verwendet wird, ist eine Härte von mehr als HRC (Rockwell-Härte) 52 an der Innenfläche und der Außenfläche der Laufbuchse erforderlich, und um die erforderliche Festigkeit sicherzustellen, ist eine Härte von weniger als etwa HRC 40 in einem Kernabschnitt der Wand erforderlich, um die notwendige Schlagfestigkeit sicherzustellen. Um die zuvor erwähnte Härte durch Wärmebehandlung zu erreichen, besteht das hohle, zylindrische Werkstück aus Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Kohlenstoffstahl.
Der Kohlenstoffstahl kann aus einem von kohlenstoffarmem Stahl, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und kohlenstoffreichem Stahl ausgewählt werden. Kohlenstoffarmer Stahl enthält weniger als 0,30 Gew.-% Kohlenstoff, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt enthält gleich viel wie oder mehr als 0,30 Gew.-% und gleich viel wie oder weniger als 0,50 Gew.-% Kohlenstoff, und kohlenstoffreicher Stahl enthält mehr als 0,50 Gew.-% Kohlenstoff. Niedriglegierter Kohlenstoffstahl ist als Stahl definiert, der dem Kohlenstoffstahl zugegebene notwendige Legierungselemente enthält. Niedriglegierter kohlenstoffarmer Stahl ist als Stahl definiert, der dem kohlenstoffarmen Stahl zugegebene notwendige Legierungselemente enthält, niedriglegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ist als Stahl definiert, der dem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt zugegebene notwendige Legierungselemente enthält, und niedriglegierter kohlenstoffreicher Stahl ist als Stahl definiert, der dem kohlenstoffreichen Stahl zugegebene notwendige Legierungselemente enthält. Im Fall von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, von niedriglegiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, von kohlenstoffreichem Stahl oder von niedriglegiertem kohlenstoffreichem Stahl wird der Tempervorgang nach dem einen ersten und zweiten Schritt umfassenden Abschreckhärten durchgeführt. Im Fall von kohlenstoffarmem Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem kohlenstoffarmem Stahl kann der Tempervorgang nach dem den ersten und zweiten Schritt umfassenden Abschreckhärten durchgeführt werden, oder er kann weggelassen werden.
Als Testprobe wurde ein hohles, zylindrisches Werkstück aus einem Stahlmaterial aus niedriglegiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (insbesondere einem Borstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt) hergestellt, wobei das Material aber nicht auf niedriglegiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt beschränkt sein sollte. Das Werkstück wies z.B. einen Außendurchmesser von 58,7 mm, einen Innendurchmesser von 37,3 mm und eine Länge von 144,8 mm auf. Weiters wies der niedriglegierte Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der als Testbeispiel verwendet wurde, die folgende chemische Zusammensetzung auf: 0,39–0,41 Gew.-% Kohlenstoff (C), 0,15–0,35 Gew.-% Silizium (Si), 1,00–1,20 Gew.-% Mangan (Mn), ≤ 0,025 Gew.-% Phosphor (p), ≤ 0,025 g% Schwefel (S), ≤ 0,20 g% Nickel (Ni), ≤ 0,10–0,20 Gew.-% Chrom (Cr), ≤ 0,30 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,015–0,070 Gew.-% Aluminium (Al), 0,015–0,040 Gew.-% Titan (Ti) und 0,0005–0,003 Gew.-% Bor (B).
Das Verfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Abschreckhärten, das einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt umfasst, der nach dem ersten Schritt durchgeführt wird.
Im ersten Schritt wird, wie im ersten Schritt der 1 und 2 dargestellt ist, ein hohles, zylindrisches Werkstück 11 von einer Außenfläche aus abschreckgehärtet.
Insbesondere während das hohle, zylindrische Werkstück 11 (hierin nachfolgend als Werkstück bezeichnet), das um seine Achse rotiert wird, kontinuierlich, eines nach dem anderen, in horizontaler Richtung ohne Abstand zwischen den benachbarten Werkstücken befördert wird, wird der gesamte Wandquerschnitt des Werkstücks 11 von ausschließlich der Außenfläche aus auf eine Temperatur, die gleich wie oder höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt und gleich wie oder niedriger als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist, und vorzugsweise auf eine um 50 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt, an einem Heizabschnitt (einer Heizspule 12) induktionserhitzt. Die Frequenz einer Induktionsstrom quelle sollte so gewählt werden, dass der gesamte Wandquerschnitt auf die oben erwähnte Temperatur erhitzt wird. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen Frequenz f (kHz) und der Heiztiefe d (mm) durch die Gleichung d = (250/f)^1/2 ausgedrückt. Der Ac₃-Umwandlungspunkt wird durch die chemische Zusammensetzung des Materials bestimmt und durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Ac3 (°C) = 908 – 224 × C (%) + 30 × Si (5) – 34 × Mn (%) + 439 × P (%) – 23 × Ni (%)worin C Kohlenstoff, Si Silizium, Mn Mangan, P Phosphor und Ni Nickel ist.
Der Grund, warum die Beförderung des Werkstücks 11 kontinuierlich ohne Abstand zwischen den benachbarten Werkstücken erfolgt, liegt darin, dass dadurch verhindert wird, dass Heizenergie durch das Werkzeug zum Einsetzen des Werkstücks aufgrund des Entfernens des Werkzeugs entzogen wird, wodurch eine temporäre stationäre Erhitzung an einem Endabschnitt in Längsrichtung des Werkstücks, die in den herkömmlichen Verfahren erforderlich ist, verhindert wird. Aufgrund dieser kontinuierlichen Erhitzung kann jedes Werkstück, einschließlich die gegenüberliegenden Endabschnitte, gleichmäßig in Längsrichtung erhitzt werden, so dass die in Längsrichtung des Werkstücks verursachte Temperaturdifferenz effektiv miminiert wird. Der Grund für die Beförderung des Werkstücks 11 in horizontaler Richtung liegt darin, dass, wenn das Werkstück 11 kontinuierlich in vertikaler Richtung befördert wird, die Vorrichtung notwendigerweise zu groß ist, was zu einer unpraktischen Handhabung und dem Problem von Behinderungen zwischen der Vorrichtung und der Decke des Fabrikgebäudes, in dem die Vorrichtung installiert ist, führen kann. Das Befördern des Werkstücks 11 wird wie folgt durchgeführt: Das Werkstück 11 wird auf einem Paar Drehwalzen 14 und 15 befestigt und um seine Achse durch die Drehwalzen 14, 15 gedreht, wobei eine davon in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks 11 leicht nach unten geneigt ist. Die Walze 14 ist in eine Vielzahl von Abschnitten 14a, 14b und 14c in die Längsrichtung unterteilt, welche miteinander durch einen Schaft 14d verbunden sind, um auf diese Weise einstückig verbunden zu rotieren. Die Walze 15 ist in eine Vielzahl von Abschnitten 15a, 15b und 15c in Längsrichtung unterteilt, welche miteinander durch einen Schaft 15d verbunden sind, um auf diese Weise einstückig verbunden zu rotieren. Der Grund, warum das Werkstück 11 auf eine Temperatur gleich wie oder höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt erhitzt wird, liegt darin, dass die Mikrostruktur des Metalls des Werkstücks 11 für die Abschreckhärtung dadurch austenitisiert wird. Der Grund, warum die Obergrenze der Heiztemperatur mit einer um 200 °C höheren Temperatur als dem Ac₃-Umwandlungspunkt festgelegt wird, und vorzugsweise mit einer um 50 °C höheren Temperatur als dem Ac₃-Umwandlungspunkt, liegt darin, dass dies die notwendige Festigkeit im gesamten Werkstück 11 dadurch sicherstellt, dass in der während des Abschreckhärtens erzeugten Martensit-Mikrostruktur die Kristallkörner fein gehalten werden können, so dass selbst dann, wenn sich während des Gebrauchs in der Oberfläche des Werkstücks Risse bilden, die Ausbreitung dieser Risse effektiv unterdrückt wird. Wird das Werkstück 11 auf. eine Temperatur erhitzt, welche die um 200 °C höhere Temperatur als den Ac₃-Umwandlungspunkt überschreitet, werden die Kristallkörner zu grob, wodurch sich Risse, die sich während des Gebrauchs in der Oberfläche bilden, leicht über das gesamte Werkstück ausbreiten können.
Danach wird, indem Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung des Werkstücks während einer Zeitspanne von z.B. 30 bis 50 Sekunden, die für die Bewegung des Werkstücks vom Heizabschnitt (der Heizspule 12) zu einem Kühlabschnitt (einem Kühlmantel 13), der vom Heizabschnitt um etwa 0,6 m beabstandet ist, erforderlich ist, genutzt werden, eine gleichmäßige Temperatur des Werkstücks 11 in Längsrichtung und in Dickenrichtung erzielt. Im Lauf dieser Zeitspanne wird die Temperatur des Werkstücks schrittweise aufgrund der Wärmestrahlung des Werkstücks 11 reduziert.
Danach beginnt das Werkstück 11, am Kühlabschnitt (durch ein Kühlmittel, das aus dem Kühlmantel 13 ausgestrahlt wird) gekühlt zu werden, bevor die Temperatur des Werkstücks auf die Ar₃-Temperatur abgesenkt wird. Das Werkstück 11 wird nur von der Außenfläche aus gekühlt, und der gesamte Querschnitt der Wand des Werkstücks 11 wird abschreckgehärtet. In diesem Fall wird, da der gesamte Querschnitt der Wand rasch von einer höheren Temperatur als der Ar₃-Temperatur abgekühlt wird, das Werkstück 11 durch den gesamten Querschnitt der Wand abschreckgehärtet.
Als Ergebnis dessen, wie aus 5, die eine Härteverteilung nach dem Abschreckhärten von der Außenfläche aus verdeutlicht, ersichtlich ist, weist der gesamte Querschnitt der Wand des Werkstücks 11 eine Härte von etwa HRC 56 auf, und seine Metall-Mikrostruktur wird in eine Martensit-Mikrostruktur umgewandelt.
Danach wird im zweiten Schritt der Außenabschnitt des Werkstücks 11 erneut abschreckgehärtet.
Wie im zweiten Schritt der 1, der 3 und der 4 dargestellt ist, wird, während das Werkstück 11, das auf Umgebungstemperatur gekühlt wurde, nachdem es ausschließlich von der Außenfläche aus erhitzt wurde und nachdem der Kühlvorgang durchgeführt worden ist, kontinuierlich, eines nach dem anderen, in horizontale Richtung ohne Abstand zwischen den benachbarten Werkstücken befördert und um die Achse des Werkstücks rotiert, wodurch ausschließlich der Außenabschnitt des Werkstücks auf eine Temperatur induktionserhitzt wird, die gleich oder höher als der Ac₃-Ausgangspunkt und gleich oder niedriger als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt und vorzugsweise gleich oder niedriger als eine um 50 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist. Im ersten Schritt wird der gesamte Querschnitt der Wand des Werkstücks 11 auf eine Temperatur induktionserhitzt, die gleich oder höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt und gleich oder niedriger als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt und vorzugsweise gleich oder niedriger als eine um 50 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist. Andererseits wird im zweiten Schritt die Induktionserhitzung ausschließlich vom Außenabschnitt aus durchgeführt, der als Abschnitt zwischen der Außenfläche und einer Position definiert ist, die von der Außenfläche um eine Distanz beabstandet ist, die größer als ein Viertel der Dicke der Wand und kleiner als die Hälfte der Dicke der Wand des Werkstücks ist. Die Heiztiefe während der Induktionserhitzung wird dadurch bestimmt, dass die Frequenz der Induktionsstromquelle gewählt wird. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen Frequenz f (kHz) und der Heiztiefe d (mm) durch die folgende Gleichung ausgedrückt: d = (250/f)^1/2.
Im zweiten Schritt erfolgt die Rotation des Werkstücks 11 und die Beförderung des Werkstücks 11 in horizontaler Richtung durch Montage des Werkstücks 11 auf einem Paar Drehwalzen 18 und 19, von welchen eine in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks geringfügig nach innen geneigt ist. Die Walze 18 ist in eine Vielzahl von Abschnitten 18a und 18b in Längsrichtung unterteilt, welche miteinander über einen Schaft 18c verbunden sind, so dass sie einstückig miteinander rotieren. Die Walze 19 ist in eine Vielzahl von Abschnitten 19a und 19b in die Längsrichtung unterteilt, welche miteinander über einen Schaft 19c verbunden sind, so dass sie einstückig miteinander rotieren. Der Grund, warum die Obergrenze der Heiztemperatur auf eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt festgelegt ist, und vorzugsweise auf eine um 50 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt, liegt darin, dass dadurch Kristallkörner in der Martensit-Mikrostruktur am Außenabschnitt des Werkstücks, die während des Abschreckhärtens erzeugt werden, fein gehalten werden können, so dass während des Gebrauchs effizient Rissbildung verhindert wird oder dass selbst bei Bildung von Rissen diese sich kaum ausbreiten.
Innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 3 Sekunden und vorzugsweise weniger als 2 Sekunden und insbesondere weniger als 1 Sekunde, nachdem das Werkstück ausschließlich von der Außenfläche aus erhitzt wurde, d.h. während der Außenabschnitt des Werkstücks 11 eine Temperatur über dem Ac₃-Umwandlungspunkt aufweist, weist der Kernabschnitt der Wand eine Temperatur von 400 bis 700 °C (eine Hochtemperatur-Tempertemperatur) auf, und der Innenabschnitt weist eine Temperatur auf, die niedriger als eine Niedrigtemperatur-Tempertemperatur ist (d.h. bevor Wärmeenergie vom Außenabschnitt zum Innenabschnitt geleitet wird, so dass die Temperatur des Innenabschnitts die Niedrigtemperatur-Tempertemperatur erreicht), und das Werkstück 11 wird durch das Kühlmittel, das vom Kühlmantel 17 ausgestrahlt wird, ausschließlich von der Außenfläche aus gekühlt. Aufgrund des Kühlens ausschließlich von der Außenfläche aus weist das Werkstück 11 eine effektive Härte an einer ersten Position innerhalb des Außenabschnitts des Werkstücks 11 auf, der als Abschnitt zwischen der Außenfläche und einer von der Außenfläche um eine Distanz, die größer als ein Viertel der Dicke der Wand und kleiner als die Hälfte der Di cke der Wand ist, beabstandeten Position definiert ist, und der Abschnitt zwischen der ersten Position mit der effektiven Härte und der Außenfläche weist eine Härte auf, die höher als die effektive Härte ist, und der Abschnitt näher am Kernabschnitt als die erste Position mit der effektiven Härte weist eine niedrigere Härte auf als die effektive Härte. Das Werkstück 11 weist eine effektive Härte an einer zweiten Position innerhalb des Innenabschnitts des Werkstücks 11 auf, die als Abschnitt zwischen der Innenfläche des Werkstücks 11 und einer von der Innenfläche um eine Distanz, die kleiner als die Hälfte der Dicke der Wand ist, beabstandeten Position definiert ist; der Abschnitt zwischen der zweiten Position mit der effektiven Härte und der Innenfläche weist eine höhere Härte als die effektive Härte auf, und der Abschnitt näher am Kernabschnitt der Wand als die zweite Position mit der effektiven Härte weist eine niedrigere Härte als die effektive Härte auf. Das heißt, der Kernabschnitt der Wand, der als Abschnitt zwischen dem Außenabschnitt und dem Innenabschnitt des Werkstücks 11 definiert ist, wird einem Hochtemperatur-Temperverfahren unterzogen. In diesem Fall bezeichnet die effektive Härte die Härte eines Werkstücks, das in einem Zustand vorliegt, wo 80 % der gesamten Metall-Mikrostruktur des Werkstücks 11 in die Martensit-Mikrostruktur umgewandelt sind. Die effektive Härte wird durch den Kohlenstoffgehalt des Werkstücks bestimmt. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Kohlenstoffgehalt des Werkstücks 11 0,40 Gew.-%, und die effektive Härte beträgt HRC 47. Die Härte am Innenabschnitt des Werkstücks 11 nimmt schrittweise von der Innenfläche zum Kernabschnitt der Wand ab. Da der Innenabschnitt des Werkstücks 11 weder erhitzt noch gekühlt wird, müssen weder eine Heizspule noch ein Wassermantel innerhalb der Innenfläche des Werkstücks eingesetzt werden, so dass es nicht erforderlich ist, eine Betätigungsvorrichtung bereitzustellen.
Wie aus 5 ersichtlich ist, die die Härteverteilung nach dem erneuten Abschreckhärten des Außenabschnitts zeigt, weist der Außenabschnitt eine Härte von etwa HRC 56 durch erneutes Abschreckhärten des Außenabschnitts auf. Weiters wird während des Abschreckhärtens des Außenabschnitts der Kernabschnitt, der während des Erhitzens auf eine Temperatur von 400 bis 700 °C erhitzt wurde, bei einer hohen Temperatur getempert, und seine Metall-Mikrostruktur ist in eine Sorbit-Mikro struktur mit einer Härte von etwa HRC 30–40 umgewandelt, so dass die erforderliche Festigkeit zur Verhinderung von Rissen sichergestellt wird.
Während des Abschreckhärtens des Außenabschnitts wird weiters, da der Innenabschnitt durch das Kühlen des Werkstücks von ausschließlich der Außenfläche aus gekühlt wird, im Vergleich zu einem Fall, bei welchem der Innenabschnitt direkt von der Innenfläche aus gekühlt wird, der Innenabschnitt langsamer von der Innenfläche aus gekühlt, so dass eine Verformung aufgrund des Kühlens (wobei dieser Vorgang hauptsächlich in Längsrichtung des Werkstücks erfolgt) effektiv unterdrückt wird, was dazu führt, dass das Ausmaß der Dimensionsabweichung des Außendurchmessers im Vergleich zu jener im herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren verringert wird.
In einem Fall, in welchem das Material des Werkstücks 11 aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, niedriglegiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, kohlenstoffreichem Stahl und niedriglegiertem kohlstoffreichem Stahl ausgewählt ist, wird das Werkstück 11, nachdem der Außenabschnitt und der Innenabschnitt abschreckgehärtet wurden und nachdem der Kernabschnitt abschreckgehärtet wurde, getempert und danach aufgrund des Abschreckhärtens, das den ersten und zweiten Schritt umfasst, einem Hochtemperatur-Tempervorgang unterzogen. In einem Fall, in dem das Material des Werkstücks 11 aus kohlenstoffarmem Stahl und niedriglegiertem kohlenstoffarmem Stahl ausgewählt ist, kann das obig angeführte Tempern durchgeführt oder weggelassen werden.
Das Erhitzen während des Tempern wird durchgeführt, indem das Werkstück in einem Ofen erhitzt wird, oder indem das Werkstück ausschließlich von der Außenfläche des Werkstücks aus induktionserhitzt wird. Im Fall des Erhitzens in einem Ofen ist eine gleichmäßige Erhitzung durch den gesamten Wandquerschnitt des Werkstücks leicht zu erzielen. Im Fall von Induktionserhitzung wird die Heizzeit verringert, und die Ausrüstung kann in ihrer Größe verringert werden.
Der Tempervorgang durch Erhitzen des Werkstücks in einem Ofen kann Niedrigtemperatur-Tempern bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C oder Hochtemperatur-Tempern bei einer Temperatur von 400 bis 700 °C sein, wobei die Auswahl abhängig von den Qualitätsanforderungen des hohlen, zylindrischen Werkstücks getroffen werden kann. Im Fall von Niedrigtemperatur-Tempern wird die während des Abschreckhärtens erzielte Härte kaum verringert, und es wird die erforderliche Verschleißfestigkeit sichergestellt. Im Fall von Hochtemperatur-Tempern wird gute Festigkeit sichergestellt.
Der Tempervorgang durch Induktionserhitzung des Werkstücks kann Niedrigtemperatur-Tempern bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C oder Hochtemperatur-Tempern bei einer Temperatur von 400 bis 700 °C sein, wobei die Auswahl abhängig von den Qualitätsanforderungen des hohlen, zylindrischen Werkstücks getroffen werden kann. Im Fall von Niedrigtemperatur-Tempern wird die während des Abschreckhärtens erzielte Härte kaum verringert, und es wird die erforderliche Verschleißfestigkeit sichergestellt. Im Fall von Hochtemperatur-Tempern wird gute Festigkeit sichergestellt.
In dem Fall, dass das Werkstück 11 aus kohlenstoffarmem Stahl oder niedriglegiertem kohlenstoffarmem Stahl besteht, kann nach dem den ersten und zweiten Schritt umfassenden Abschreckhärten der Tempervorgang weggelassen werden, da mit dem kohlenstoffarmen Stahl oder dem niedriglegierten kohlenstoffarmen Stahl die Metall-Mikrostruktur unverändert bleibt und eine kohlenstoffarme Martensit-Mikrostruktur erhalten bleibt, selbst wenn nach dem Abschreckhärten der Tempervorgang durchgeführt wird.
Im Test wurde, da das Werkstück 11 aus niedriglegiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt als Testprobe verwendet wurde, das Werkstück 11, nachdem der Außenabschnitt und der Innenabschnitt abschreckgehärtet waren und nachdem der Kernabschnitt abschreckgehärtet war, getempert und danach einem Hochtemperatur-Tempervorgang unterzogen. Der Tempervorgang war ein Niedrigtemperatur-Tempern, wobei bei einer Temperatur gleich oder niedriger als etwa 200 °C getem pert wurde. Das Tempern wurde in einem Batch-Prozess (etwa 2,5 Hr) durch Erhitzen in einem Ofen durchgeführt. Aufgrund des Niedrigtemperatur-Temperns blieb die während des ersten und zweiten Schritts erzielte Martensit-Mikrostruktur am Außenabschnitt und am Innenabschnitt beinahe unverändert, und die Härte am Außenabschnitt und die Härte am Innenabschnitt wurden beibehalten (siehe Härteverteilung im Stadium des Abschreckhärtens des Außenabschnitts → erneutes Abschreckhärten des Außenabschnitts → Tempern, 5). Die Härte im Stadium nach dem Tempern betrug etwa HRC 52 oder mehr.
Weiters wurde ein Drucktest durchgeführt, und es wurde ein Vergleich zwischen einem herkömmlichen Produkt, das gemäß dem Verfahren der japanischen Patentveröffentlichung SHO 59-77979 wärmebehandelt wurde, und einem Produkt, das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt wurde, vorgenommen. Fünf Teststücke wurden für das herkömmliche Produkt bzw. das Produkt gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse, Druckbelastungen, bei welchem die Teststücke zu Bruch gingen. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, sind die Mittelwerte der Druckbelastungen dieselben für das herkömmliche Produkt wie für das Produkt, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt wurde, was bedeutet, dass das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelte Produkt eine gleiche Druckbelastung aufwies wie das herkömmliche Produkt. Demgemäß kann mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Produktivität verbessert werden, während die Festigkeit in einem gleichen Ausmaß wie jene des herkömmlichen Produkts beibehalten werden konnte.
Tabelle 1
Die zuvor angeführte Beschreibung erfolgte, indem eine Laufbuchse für eine Endlosspur als Beispiel für ein hohles, zylindrisches Werkstück 11 verwendet wurde, es versteht sich aber, dass das Werkstück 11 nicht auf eine Laufbuchse für eine Endlosspur beschränkt ist, und dass die vorliegende Erfindung ganz allgemein hohle, zylindrische Werkstücke umfassen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden technischen Vorteile erzielt:
Erstens, da das Werkstück im ersten Schritt in horizontaler Richtung befördert wird, wie im ersten Schritt des Verfahrens, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 9-143564 offenbart wird, ist eine kontinuierliche Wärmebehandlung möglich. Weiters müssen im zweiten Schritt aufgrund des Erhitzens von ausschließlich der Außenfläche aus und aufgrund des Kühlens von ausschließlich der Außenfläche aus weder eine Heizspule noch ein Kühlmantel innerhalb der Innenfläche des Werkstücks eingesetzt werden. Daraus ergibt sich, dass eine kontinuierliche Wärmebehandlung, die in einer zusammengefassten Fertigungslinie durchgeführt wird, möglich ist, wodurch die Produktivität verbessert wird. Darüber hinaus tritt, da das Werkstück kontinuierlich ohne Abstand zwischen den benachbarten Werkstücken befördert wird, Wärmeenergie nicht zum Werkzeug zum Halten des Werkstücks aus, wo durch das Werkstück gleichmäßig in Längsrichtung erhitzt wird, wobei im Vergleich dazu in herkömmlichen Verfahren das Abschreckhärten unter Verwendung des Werkzeugs zum Halten des Werkstücks durchgeführt wird. Demgemäß wird eine Verformung in die Längsrichtung des Werkstücks, die in herkömmlichen Verfahren verursacht wird, stark verringert, wodurch die Dimensionsgenauigkeit des Werkstücks verbessert wird. Zusätzlich dazu weist das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelte Produkt eine tiefere effektive abschreckgehärtete Schicht am Außenabschnitt auf als das herkömmliche Produkt, wodurch die Verschleißfestigkeit im Vergleich zum gemäß dem herkömmlichen Verfahren wärmebehandelten Produkt verbessert wird.
Zweitens wird im Fall des Temperns des Werkstücks, obwohl die Härte an der Werkstückoberfläche verringert wird, die Festigkeit im gesamten Werkstück erhöht, so dass das Werkstück in der Praxis verwendet werden kann.
Drittens kann im Fall, dass der Tempervorgang durch Erhitzen des Werkstücks in einem Ofen durchgeführt wird, der gesamte Wandquerschnitt des Werkstücks auf eine gleichmäßige Temperatur erhitzt werden.
Viertens wird im Fall, dass der Tempervorgang durch Erhitzen des Werkstücks in einem Ofen auf eine niedrige Temperatur von 150–250 °C durchgeführt wird, die während des Abschreckhärtens erzielte Härte kaum verringert, und die erforderliche Verschleißfestigkeit wird sichergestellt.
Fünftens kann im Fall, dass der Tempervorgang durch Erhitzen des Werkstücks in einem Ofen auf eine hohe Temperatur von 400–700 °C durchgeführt wird, gute Festigkeit sichergestellt werden.
Sechstens können im Fall, dass der Tempervorgang durch Induktionserhitzung des Werkstücks von ausschließlich der Außenfläche aus durchgeführt wird, eine kürzere Wärmebehandlungszeit und eine kompakte Ausrüstung umgesetzt werden.
Siebtens wird im Fall, dass der Tempervorgang durch Induktionserhitzung des Werkstücks auf eine niedrige Temperatur von 150–250°C durchgeführt wird, die während des Abschreckhärtens erzielte Härte kaum verringert, und es wird die erforderliche Verschleißfestigkeit sichergestellt.
Achtens kann im Fall, dass der Tempervorgang durch Induktionserhitzung des Werkstücks auf eine hohe Temperatur von 400–700 °C durchgeführt wird, gute Festigkeit sichergestellt werden.
Neuntens wird im Fall, dass das Werkstück aus kohlenstoffarmen Stahl oder niedriglegiertem kohlenstoffarmen Stahl besteht, die Wärmebehandlungszeit insgesamt verkürzt, da der nach dem Abschreckhärten durchgeführte Tempervorgang weggelassen werden kann.
Zehntes wird in dem Fall, dass das Werkstück aus kohlenstoffarmem Borstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05–0,30 Gew.-% besteht, die erforderliche Festigkeit zusätzlich zum obig ausgeführten Vorteil sichergestellt.

Claims

Verfahren zu Abschreckhärten eines hohlen, zylindrischen Werkstücks (11), wobei das Werkstück (11) eine Außenfläche und eine Innenfläche aufweist, die zwischen einander eine Wand definieren, wobei die Wand einen Außenabschnitt, der zwischen der Außenfläche und einer von der Außenfläche um eine Distanz, die größer als ein Viertel der Dicke der Wand und kleiner als die Hälfte der Dicke der Wand ist, beabstandeten Position definiert ist, einen Innenabschnitt, der zwischen der Innenfläche und einer von der Innenfläche um eine Distanz, die kleiner als die Hälfte der Dicke der Wand ist, beabstandeten Position definiert ist, und einen Kernabschnitt, der zwischen dem Außenabschnitt und dem Innenabschnitt definiert ist, aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: erstens: das Befördern von Werkstücken (11) nacheinander, ohne Abstand zwischen benachbarten Werkstücken (11), in eine im Wesentlichen horizontale Richtung, das gleichzeitig mit dem Befördern vonstatten gehende Induktionserwärmen eines ganzen Querschnitts der Wand des Werkstücks (11) an einem Heizabschnitt (12), das ausschließlich von der Außenfläche des Werkstücks (11) aus ausgeführt wird, auf eine Temperatur, die gleich wie oder höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt und gleich wie oder niedriger als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist, das Erzielen einer in der Längsrichtung und in der Richtung der Dicke des Werkstückes (11) gleichmäßigen Temperatur des Werkstücks, indem ein Zeitraum herangezogen wird, der zum Bewegen des Werkstücks (11) zu einem vom Heizabschnitt (12) beabstandeten Kühlabschnitt (13) benötigt wird, und das Kühlen des Werkstücks (11), das ausschließlich von der Außenfläche des Werkstücks (11) aus ausgeführt wird, sodass der ganze Querschnitt der Wand des Werkstücks (11) abschreckgehärtet wird, wobei der Kühlvorgang eingeleitet wird, bevor die Temperatur des Werkstücks (11) auf eine Ar₃-Temperatur abfällt; und zweitens: das Befördern der Werkstücke (11), deren gesamter Querschnitt der Wand abschreckgehärtet ist, nacheinander, ohne Abstand zwischen benachbarten Werkstücken (11), in eine horizontale Richtung, das Induktionserwärmen des Außenabschnitts der Wand des Werkstücks (11), das ausschließlich von der Außenfläche des Werkstücks (11) aus und ausschließlich gleichzeitig mit dem Befördern ausgeführt wird, sodass ausschließlich der Außenabschnitt eine gleich hohe oder höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt und eine gleich hohe oder niedrigere Temperatur als eine um 200 °C höhere Temperatur als der Ac₃-Umwandlungspunkt erreicht, und das Kühlen des Werkstücks (11) innerhalb einer Zeitraums von weniger als 3 Sekunden nach dem Erwärmen, das ausschließlich von der Außenfläche des Werkstücks (11) aus und ohne direktes Kühlen des Innenabschnitts von der Innenfläche aus ausgeführt wird, sodass (a) das Werkstück (11) an einer innerhalb des Außenabschnitts angeordneten ersten Position eine effektive Härte aufweist, (b) ein zwischen der ersten Position und der Außenfläche angeordneter Abschnitt eine höhere Härte als die effektive Härte aufweist und (c) ein näher am Kernabschnitt als die erste Position angeordneter Abschnitt eine niedrigere Härte als die effektive Härte aufweist, während das Werkstück (11) die effektive Härte an einer innerhalb des Innenabschnitts angeordneten zweiten Position aufweist, ein Abschnitt zwischen der zweiten Position und der Innenfläche eine höhere Härte als die effektive Härte aufweist und ein näher am Kernabschnitt als die zweite Position angeordneter Abschnitt eine niedrigere Härte als die effektive Härte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Werkstück (11) aus zumindest einem aus Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Kohlenstoffstahl hergestellt ist und das Verfahren zudem das nach dem Befördern, Erwärmen und Kühlen durchgeführte Tempern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Tempern das Erwärmen mithilfe eines Ofens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Heiztemperatur beim Erwärmen im Ofen in einem Bereich von 150–250 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Heiztemperatur beim Erwärmen im Ofen in einem Bereich von 400–700 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Tempern das ausschließlich von der Außenfläche des Werkstücks aus ausgeführte Induktionserwärmen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die Heiztemperatur beim Induktionserwärmen in einem Bereich von 150–250 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die Heiztemperatur beim Induktionserwärmen in einem Bereich von 400–700 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Werkstück (11) aus zumindest einem aus kohlenstoffarmem Stahl und niedriglegiertem kohlenstoffarmen Stahl hergestellt ist und nach dem Befördern, Erwärmen und Kühlen kein Tempern durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, worin der niedriglegierte kohlenstoffarme Stahl aus kohlenstoffarmem Borstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05–0,30 Gew.-% hergestellt ist.