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Härten von Laufflächen aus Stahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Härten einer Lauffläche aus Stahl von Maschinenteilen mit mehreren Laufflächen,
z. B. Lagerschalen aus Stahl mit zwei Laufflächen, von denen eine aus Lagermetall
besteht. Die Erfindung hat vor allem den Vorteil, daß die eine Fläche ungehärtet
bleiben und die andere Flüche gehärtet werden kann und daß die Verwendung von billigem
niedrig legiertem Baustoff für den Lagerkörper möglich ist.
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Bei gewissen Maschinenteilen, z. B. Pleuellagern für Brennkraftmaschinen,
kommen Lagerschalen zur Verwendung, bei denen nicht nur die innere, sondern auch
die äußere Fläche als Lagerfläche benutzt wird. Bei derartigen Lagern wurden die
stählernen Schalen beiderseitig mit Lagermetallausgüssen, z. l). I)lcil)rotize,
versehen. Dabei haben sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß bei der Herstellung
der beiden Ausgüsse, die unter hoher Temperatur vor sich geht, Fehler entstehen,
wie Kristallseigerungen, Bleiseigerungen, Bindungslockerungen zwischen Stahl und
Bleibronze u. a. Solche Fehlstellen können erst von einer gewissen .Mindestgröße
ab festgestellt werden, selbst bei Anwendung des für diese Prüfung bestgeeigneten
Röntgenprüfverfahrens, wobei gerade bei einseitig ausgegossenen Lagerschalen die
Erkennbarkeit der Fehler durch den auftretenden Schleier der zweiten Bleibronzeschicht
noch erschwert wird.
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Da der doppelseitige AusguB der Lagerschalen auch von bestgeschulten
Fachkräften nicht vollkommen beherrscht wird, fällt immer noch ein hoher Prozentsatz
an AusschuBstücken an. Die unvollkommene
Erkennbarkeit der Fehler
auch bei der Röntgenprüfung hat zur Folge, daß im .Betrieb Lagerschäden und Betriebsstörungen
in erheblichem Umfang auftreten. Bei einfach ausgegossenen Schalen besteht dieser
?Mangel in geringerem Maße und läßt sich bei der Herstellung auch leichter vermeiden
bzw. bei der Prüfung feststellen.
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Aus diesen Gründen hat man bei solchen Lagerschalen versucht, eine
der beiden Lagerflächen nicht mehr auszugießen, sondern mit einer gehärteten Schicht
zu versehen, die durch Einsatzhärtung oder durch Nitrieren hergestellt wird. In
den meisten Fällen handelt es sich dabei um die äußere Lauffläche des Lagers, da
diese Fläche auf den Lagerschalen des Anlenkpleuelkopfes gleitet. Die Hauptschwierigkeit
bei einer derartigen Härtung besteht darin, daß die Härtung bei bereits eingegossener
Lagermetallschicht, z. B. Bleibronze, vorgenommen werden muß, da eine vor dem Ausgießen
erfolgte 1lä rtung durch die Gießtemperatur der Bleibronze wieder aufgehoben würde.
Es besteht also auch hier die Gefahr, daß die Bindung der Bleibronzeschicht mit
ihrer Basis nachteilig beeinflußt wird, und die erwähnten Lagerschäden auftreten.
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Zur Vermeidung dieser Gefahr ist es notwendig, die Aufheizung der
zu härtenden Schicht so schnell vorzunehmen, daß die Wärme im Lagerkörper abgeleitet
wird, bevor sie die Bindezone zwischen Lagermetall und Basis erreicht, d. h. daß
die Eindringtiefe der Aufheizwärme möglichst gering gehalten wird. Diese Forderung
kann jedoch bei der üblichen Einsatz- bzw. Flammenhärtung nicht erfüllt werden.
Meist sind dann. auch die gehärteten Lagerflächen von grobem Gefüge, und die Härte
ist ungleichmäßig über die Lauffläche verteilt.
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Aus diesen Gründen wurde versucht, mit anderen \/' erfahren eine geeignete
Rufheizung der zu härtenden Schicht zu erhalten. So wurden die Laufflächen mit dem
bekannten Wirbelstrominduktionsverfahren bei niederen und mittleren Frequenzen aufgeheizt.
Auch dabei stellt sich jedoch heraus, daß, besonders bei einseitig ausgegossenen
Lagerschalen, die Bindezone zwischen Lagermetall und Stahlbasis gefährdet ist, da
immer noch ein zu tiefes Eindringen der Wärme in die Stahlschale an der Bindezone
Temperaturen um 300° C ergibt.
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Das Verfahren nach der Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch,
daß die Rufheizung der zu härtenden Stahlschicht durch induzierte Wirbelströme mit
Hochfrequenz, z. B. etwa Zoo kHz, erfolgt. Dadurch ist es möglich, die Aufheizzeit
auf Bruchteile i Sekunde herabzusetzen, so daß man es in der Hand hat, das Eindringen
der hohen Aufheiztemperatur (etwa goo° C) auf das für die Härtung erforderliche
Maß zu begrenzen. Infolgedessen ist dieses Verfahren für das Härten der Rückenlauffläche
von auf der anderen Seite ausgegossenen Stahllagerschalen geeignet. Durch das neue
Verfahren wird die Betriebssicherheit einer mit solchen Lagerschalen ausgestatteten
Maschine wesentlich erhöht. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin,
daß es unbedingt zuverlässig arbeitet und der nur einseitig erforderliche Ausguß
besser beherrscht werden kann, so daß so gut wie keine Ausschußstücke mehr anfallen.
Die Fehlererkennbarkeit hei der Röntgenprüfung ist durch den Fortfall der zweiten
Bleibronzeschicht ebenfalls besser.
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Um zu erreichen, dai3 die Bindezone zwischen dem Lagermetallausguß
und der Stahlbasis durch die hohen Aufheiztemperaturen nicht gefährdet wird, wird
bei einer nach dem erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren gehärteten Lagerschale
der Abstand der gehärteten Schicht von der Bindungsstelle so groß gehalten, z. 13.
auf das 6- bis 8fache der Härtetiefe, daß die an der Bindungs stelle auftretende
Temperatur unter etwa 270° C: liegt, so daß sie der Bindung zNvischen Ausguß und
Stahl nicht mehr schaden kann. Bei manchen Ausführungen ist es möglich, den Abstand
zwischen der zu härtenden Schicht und dem Lagermetal l so groß zu halten, daß die
Abgabe der Aufheizwärme an die umgebende Luft für die Kühlung genügt und keine Vorrichtungen
zum Abschrecken notwendig sind.
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Das erfindungsgemäß durchzuführende Verfahren kann auch bei andern
Teilen, z. 13. Laufringen von Wälzlagern, Rollen und ähnlichen umlaufenden Teilen
mit Vorteil Anwendung finden, da es sich: nicht mehr wie bisher um ein Durchhärten
handelt, sondern um ein Oberflächenh:irteverfaliren, bei den beispielsweise bis
etwa 2 min Tiefe eingehärtet wird. Dadurch ist es möglich, die teueren Stähle mit
hohem Legierungsgehalt durch Stähle mit nur geringem Legierungsgehalt zu ersetzen.
Es ist dabei nur notwendig, vor dem Härten das Material nähhart zu vergüten. Im
Gegensatz zu der Aufheizung mit Hochfrequenz nach der Erfindung hat die Rufheizung
mit Niederfrequenz und Mittelfrequenz den \achteil, daß die Eindringtiefe der Wärme
so groll ist, daß die nähharte Vergütung des Kernmaterials aufgehoben wird.
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Die Zeichnung zeigt einen Radialschnitt durch eine Lagerschale aus
Stahl mit auf der Innenseite angebrachtem Bleibroiizeausguß und einer nach dem erfindungsgemäß
durchzuführenden Verfahren gehärteten Rückenlauffläche. Dabei ist die mit i bezeichnete
Stahllagerschale mit dem Bleibronzeausguß 2 versehen, dessen an die Stahlbasis 3
angrenzende Zone mit .I bezeichnet ist. Die Rückenlauffläche der Schale, die mit
5 bezeichnet ist, wurde mit hochfrequenten Wirbelströmen, z. B. von Zoo kHz, auf
etwa goo° C aufgeheizt und dann abgeschreckt. Durch die infolge der hohen Frequenz
der Wirbelströme sehr rasch erfolgte Rufheizung (Dauer höchstens 1/5 Sekunde) wurde
erreicht, daß die zum Härten notwendige hohe Temperatur nur bis zu der mit 6 bezeichneten
Tiefe eindringen konnte. Diese verhält sich zur Gesamttiefe der Stahlschale etwa
wie 1 : 7. Die nächste strichpunktierte, mit 8 bezeichnete Zone weist an ihrer inneren
Abgrenzung noch eine Temperatur von etwa 300° C auf. Der Abstand 9 zwischen der
3oo°-Grenze und der Bindungszone .4 ist genügend groß, um zu erreichen, daß die
an der Zone .4 auftretende Temperatur so niedrig ist, daß keine Lockerung in der
Bindung zwischen der 131eil>ronzescliicllt 2 lind der Stahlbasis 3 auftritt.
Wenn
die Tiefe 9 + 9 bzw. das Volumen der Stallschale im Verhältnis zu dem der aufgeheizten
Schicht 6 genügend groß gemacht wird, ergibt sich der Vorteil, claß die Wärme aus
der Aufheizschicht 6 an die umgebende Luft abfließen kann. ohne (laß ein besonderes
=\l):chrecken durch ein Kühlmittel notwendig; ist.