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Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken Die Erfindung betrifft
das Oberflächenhärten von Werkstücken aus Stahl, deren zu härtende Oberflächenteile
aus der Gesamtmasse des Werkstückes mehr oder weniger regelmäßig verteilt herausragen,
wie dies beispielsweise bei Zahnrädern, Zahnstangen, Körpern mit Rippen, Nöcken
od. dgl. der Fall ist. Das Oberflächenhärten derartiger Körper, das durch Erhitzen
und Abschrecken erfolgt, hat stets Schwierigkeiten deshalb bereitet, weil es nicht
oder nur schwer gelingt, bei einer Gesamterwärmung des Körpers von außen her in
der gewünschten Weise einen Wärmestau in den Vorsprüngen, z. B. Zähnen von Zahnrädern,
zu erhalten. Bekanntlich kommt es beispielsweise bei Zahnrädern darauf an, d'aß
nur die Zahnflanken gehärtet werden und keine Durchhärtung des Zahnes erfolgt. Sowohl
das Erhitzen mit Gas als auch das elektroinduktive Erhitzen führen zu einer vollkommenen
Durchwärmung des Vorsprunges oder Zahmes und damit zu einer Durchhärtung, es sei
denn, daß besondere Maßnahmen angewendet werden, die einen Wärmestau an der Oberfläche
der Vorsprünge bzw. der Zähne erzwingen. Die Mittel hierzu bestehen im wesentlichen
darin, den einzelnen Vorsprung oder Zähn einer individuellen Behandlung zu unter-%verfen.
Bei der Erwärmung mit Gas gelangt man so zu dem meist nur für größere Werkstücke
gangbaren Weg, jeden Vorsprung oder Zahn mit Spezialbrennern gesondert zu erhitzen,
und bei der elektrischen Erwärmung dazu, in jedem Vorsprung oder Zahn einen Stromkreis
zu erzeugen, der sich in diesem unter Meidung der Masse des Gesamtkörpers auf kürzester
BahriUnge schließt. Der eine Weg führt verfahrensmäßig zu einer umständlichen
Handhabung,
während der andere verwickelte elektrische Vorrichtungen erfordert.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, welches in
einfacher Weise das Härten solcher Körper derart gestattet, daß der Verlauf der
Härteschicht den Umrissen des Gesamtkörpers entspricht, d. h. also im Endergebnis
Durchhärtung von Vorsprüngen bzw. Zähnen vermieden wird. Gemäß der Erfindung soll
so vorgegangen werden, daß der zu behandelnde Körper zunächst auf beliebige Weise
von außen nach innen fortschreitend auf die gewünschte Härtetemperatur gebracht
wird, wobei man die Erhitzung und 'damit die nachfolgende Härtung nach größeren
Tiefen vordringen läßt, als im Endergebnis erwünscht. Das Erhitzen in dieser ersten
Stufe der Behandlung kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise, indem der
Körper, wenn er im wesentlichen zylindrischer Form ist, von einem Ringbrenner erhitzt
wird oder in mehrfachem Umlauf an einem Brenner vorbeigedreht wird. Des weiteren
kann in besonders zweckmäßiger Weise ein elektroinduktives Erhitzen durchgeführt
werden, bei welchem entweder in an sich bekannter Weise eine Spule benutzt wird,
die den Körper umfaßt, oder eine Leiterschleife, die sich über der Oberfläche des
Körpers schließt. Durch diese Behandlung werden in Verbindung mit dem Abschrecken
Zähne und Vorsprünge des Körpers durchgehend gehärtet und auch noch ein Teil der
Hauptmasse des Körpers erfaßt. Darauffolgend wird der Körper von innen heraus angelassen.
Zu diesem Zweck wird der Körper elektro-induktiv mittels eines den oberflächenzuhärtenden
Vorsprüngen, wie Zähnen od. dgl., unmittelbar benachbarten Induktors unter gleichzeitiger
Kühlung der zu härtenden Schichten derart angelassen, daß die Erwärmung von einer
Innenzone her gegen die durch Kühlung kaltgehaltenen Schichten fortschreitet. Der
Ausübung des Verfahrens kommt es zugute, daß beim elektro-induktiven Erhitzen eines
Körpers, der mehr oder weniger regelmäßig verteilte Vorsprünge oder Ansätze aufweist,
wie beispielsweise eines Zahnrades mit seinen Zähnen, der induzierte Strom den Weg
geringsten Widerstandes sucht und infolgedessen beispielsweise bei einem Zahnrad
in der NTähe der Fußpunkte der Zähne kreist, ohne nennenswert in die Masse des einzelnen
Zahnes einzudringen. Es entsteht mithin durch ein elektroinduktives Erhitzen gewissermaßen
selbsttätig die Hauptwärmewirkung in einer verhältnismäßig tiefliegenden Zone des
Gesamtwerkstückes. Von hier aus dringt die Wärme durch Wärmeleitung zu den Zähnen
vor, deren Außenschicht durch Kühlung von der Einwirkung dieser Temperaturerhöhung
im Werkstückinnern ausgeschlossen wird.
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Durch diese Maßnahmen ist es in einfacher Weise möglich, einen Körper
mit Vorsprüngen oder Zähnen, wie beispielsweise Zahnräder, Zahnstangen, Körper mit
Rippen oder Nocken u. dgl., mit einer Härteschicht zu versehen, wobei im Endergebnis
eine Durchhärtung der Vorsprünge oder Zähne vermieden ist. Die Tiefe der Härteschicht
sowie die Breite des Übergangsgefüges zum unbehandelten Kernkönnen durch Abstimmung
der Energiezufuhr einerseits und: der Kühlwirkung andererseits in beliebiger Weise
abgestuft werden. Da die Temperaturführung so gestaltet werden kann, daß der Kern
in großem Maße von jeder Wärmewirkung ausgeschlossen wird, ist es ferner möglich
vergütete Körper zu behandeln, ohne daß eine nennenswerte Beeinträchtigung der Vergütung
befürchtet werden muß. Grundsätzlich ist es naturgemäß auch möglich, die erste Behandlungsstufe
so durchzuführen, daß die Körper beispielsweise in einem Ofen bis in den Kern erhitzt
und dann durch Abschrecken durchgehend gehärtet werden, worauf dann die zweite Behandlungsstufe
so durchgeführt werden muß, daß die Anlaßwirkung auch bis in den Kern hinein vordringt.
Obwohl man sich bei einer derartigen Ausübung des Verfahrens gewisser Vorteile metallurgischer
Art begibt, kann sie gelegentlich für kleine Körper von Vorteil sein.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht vergleich@bar mit den
an sich bekannten Verfahren der Panzerplattenhärtung, bei welchen,die durchgehend
gehärtete Platte von der Rückseite her angelassen wird, wobei gleichzeitig die hartbleibende
Vorderseite gekühlt wird. Ein Erwärmen oder Anlassen von der Rückseite her ist beispielsweise
bei einem zylindrischen Körper überhaupt nicht möglich. Abgesehen davon ist es durch
das bekannte Anlassen von der Rückseite her auch nicht möglich, die Beschtaffenhent
der Übergangszone so zu beeinflussen, wie dies bei dem Verfahren des Anlassens von
einer Innenzone her möglich ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung hat einen besonderen Vorzug auch
deshalb; weil es möglich ist, die beiden Behandlungsstufen unmittelbar aneinandergereiht
in ein und derselben Vorrichtung durchzuführen. Zu @diesem Zweck wird der Körper
in eine elektro-induktiveHeizeinrichtung, bestehend aus einer an sich bekannten,
das Werkstück umfassenden Spule oder einer Leiterschleife, die sich über der Werkstückaberfläche
*schließt, eingebracht und. auf eine bestimmte Temperatur gleichmäßig erhitzt. Ist
die gewünschte Ethitzungstiefe erreicht, wird der Strom abgeschaltet und der Körper
ahgeschreckt, indem beispielsweise, wie an sich bekannt, Kühlflüssigkeit aus den
Windungen der Spule zum Austreten gebracht wird. Darauffolgend wird mit der gleichen
Spule oder Leiterschleife die Anlaßwirkung hervorgerufen, wobei gleichzeitig für
eine wirksame Kühlung der Außenschichten gesorgt wird, deren Härte erhalten bleiben
soll. Da die Eindringtiefe eines induzierten Stromes um so größer ist, je geringer
die Frequenz ist, erweist es sich als zweckmäßig, in der zweiten Behandlungsstufe
mit einer geringeren Frequenz zu arbeiten als in der ersten, so daß in größerem
Maße die Erzeugung der Wärme nach Innenzonen der Körpermasse verlagert wird. Gleichzeitig
kann dabei auch eine geringere Leistung angewendet werden, um die Wirkung zusätzlich
zu steuern.
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Das Ergebnis des geschilderten Verfahrens ist in jedem Falle eine
Härteschicht, die den äußeren Umrissen des Gesamtkörpers folgt, wobei die Tiefe
der
Einhärtung in den Vorsprüngen oder Zähnen in gewissen Grenzen nach Belieben eingestellt
werden kann.
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Bei der Schilderung des Verfahrens war des weiteren zunächst unterstellt,
daß es sich um Körper aus Stahl handeln solle, für die das Verfahren vorzugsweise
gedacht ist. Es läßt sich indes aber auch auf Körper anwenden, die aus anderen Werkstoffen
hergestellt sind, sofern sie durch Abschrecken und Anlassen einer Härtebehandlung
zugänglich sind,. Welche Temperaturen im einzelnen sowohl bei Stahl als auch bei
anderen Werkstoffen anzuwenden sind, ist dem Fachmann an sich geläufig.