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Verfahren zur Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit im Innern von
langgestreckten Metallvollkörpern Das wichtigste Kennzeichen der Baustähle und auch
vieler Werkzeugstähle ist neben der erzielbaren maximalen Festigkeit bzw. Härte
der Grad der Einhärtung und, damit verbunden, die erzielbare Durchvergütung. Von
den verschiedenen die Einhärtung von Stählen positiv beeinflussenden Maßnahmen ist
die des Legierens die gebräuchlichste; es finden hierzu Elemente Verwendung, die
eine Herabsetzung der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit bewirken. Ferner ist
bekannt, die Einhärtung durch Wahl schroffer wirkender Abschreckmittel, z. B. Wasser,
Salzwasser oder io°/oiger Natronlauge, zu steigern. Der Anwendung dieser Mittel
ist jedoch durch erhöhte Härtespannungen und damit gesteigerte Rißgefahr eine Grenze
gesetzt. Weiter ist die günstige Wirkung erhöhter Härtetemperaturen auf die Einhärtung
bekannt, doch verhindert die dabei einsetzende Kornvergröberung meist deren Anwendung.
Das Härten aus der Walzhitze gestattet hingegen die Ausnutzung hoher Anfangstemperaturen
ohne den vorgenannten Nachteil der Kornvergröberung. Eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit
des zu härtenden oder zu vergütenden Stahles würde ebenfalls zu einer rascheren
Abkühlung des Stahlinnern führen und damit die Einhärtung verbessern, doch gibt
es hierzu heute noch keinen gangbaren Weg.
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Im nachfolgenden wird ein Verfahren beschrieben, nach welchem es möglich
ist, im Innern von langgestreckten
Metallvollkörpern, z. B. von
Stabstahl und von mehr als io mm dicken Blechen, eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit
zu erreichen als bei üblicher Abschreckung. Das Verfahren beruht darauf, daß man
die heißen Metallkörper in bekannter Weise fortschreitend in ihrer Längsrichtung
abschreckt, hierbei aber für das Fortschreiten der Abschreckung in der Längsrichtung
eine bedeutend kleinere Geschwindigkeit als bisher üblich einstellt. Dadurch wird
die im Innern vorhandene Wärmemenge auf kürzerem Wege als bei der üblichen Abschreckung
abgeführt. Die vorgeschlagene Maßnahme bewirkt nämlich, daß ein durch den Körper
in einer Richtung wanderndes Temperaturgefälle erzeugt wird. Die Geschwindigkeit
des wandernden Temperaturgefälles richtet sich hierbei nach der Stahlart, dem Abkühlungsmittel
und seiner Einwirkungsform, z. B. Brause oder Bad, sowie dem Stückquerschnitt und
muß z. B. bei Stangen mit 5o mm Durchmesser bei Abschreckung mittels Wasser ungefähr
o,5 bis o,8 cm/sec betragen. Um das wandernde Temperaturgefälle möglichst groß zu
gestalten, wird der noch nicht von dem Kühlungsmittel berührte Teil des wärmezubehandelndenStückes
durch ständige Wärmezufuhr bis unmittelbar vor der Abschreckstelle auf Härtetemperatur
gehalten.
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Wie bereits angedeutet, sind Verfahren bekannt, nach welchen langgestreckte
Metallvollkörper fortschreitend in einer Längsrichtung abgeschreckt werden. Bei
diesenVerfahren sind jedoch die Eintauchgeschwindigkeiten bedeutend höher als bei
dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, so daß hier in allen Fällen das Abkühlungsfeld
nicht in axialer, sondern immer in radialer Richtung verläuft. Es ist aber gerade
der Zweck des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, ein axial verlaufendes
Temperaturgefälle zu erzielen, um dadurch eine Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit
im Innern der Metallkörper zu erreichen.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Schleudergußrohre in der Weise
nach dem Glühen zu behandeln, daß die Rohre einseitig gekühlt werden. Durch dieses
Verfahren wird erreicht, daß die Richtung der sich während der Umwandlung neu bildenden
Kristalle parallel zur Rohrachse verläuft. Die Wärme wird hier aus dem Innern der
Rohrwand nicht rascher abgeführt, als dies bei einer Abkühlung in radialer Richtung
der Fall wäre. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr aus dem Innern
von Metallkörpern ist erfindungsgemäß nur möglich, wenn die äußerst langsam fortschreitende
Abkühlung gleichzeitig sehr schroff erfolgt. Schleudergußrohre wären aber für eine
solche Behandlung nicht geeignet, weil sie den dabei auftretenden Spannungen nicht
gewachsen sind.
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Die nachstehenden Ausführungsbeispiele zeigen die Wirkung des Verfahrens
gemäß vorliegender Erfindung.
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Ein Stab aus einem Stahl mit z. B. 0,39 % C, o,62 % Si, 1,12 % Mn,
1,25 % Cr mit einem Durchmesser von
70 mm ergibt bei üblicher Wasserhärtung
eine Oberflächenhärte von 58 Rockwell-C-Einheiten und eine Kernhärte von 48. Bei
Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung ergibt sich bei einer Eintauchgeschwindigkeit
von i cm/sec in ruhendem Wasser die gleiche Oberflächenhärte von 58, dagegen eine
Kernhärte von 52 Rockwell-C-Einheiten. Ferner ergibt sich bei einem Stab aus einem
Stahl mit 0,34 % C, 0,27 % Si und o,56 % Mn mit einem Durchmesser von 48 mm nach
Wasserhärtung eine Oberflächenhärte von 61: und eine Kernhärte von 27 Rockwell-C-Einheiten.
Bei Anwendung verschiedener Eintauchgeschwindigkeiten werden nachstehende Ergebnisse
erzielt:
| Eintauch- Oberflächenhärte Kernhärte |
| geschwindigkeit |
| cm/sec RC RC |
| 0,125 47 25 |
| 0,25 58 25 |
| 0,50 61 31 |
| I,00 6o 30 |
| 4,00 61 26 |
Die zweckmäßige Eintauchgeschwindigkeit liegt also zwischen
0,5 und i,o cm/sec.
Diese Ergebnisse gelten für ruhendes Wasser.
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Bei der Anwendung von strömendem Wasser ist es möglich, in bedeutend
volll<:ommenerer Weise als bei diesen Versuchen dem Stabmaterial ein axial verlaufendes
Abkühlungsfeld aufzuzwingen. So kann z. B. ein Stahl mit i,io % C, 0,42 % Mn, 0,30
% Si, 1,48 % Cr, der bei üblicher Abschreckung in Wasser bis zu Stärken von etwa
40 mm Durchmesser durchhärtet, bei Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung
bis zu Stärken von 55 mm Durchmesser einwandfrei durchgehärtet werden.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird es möglich,
den Abschreckvorgang nicht von der Oberfläche zum Kern, sondern bei Stabstahl z.
B. von einer Stirnfläche zur anderen verlaufen zu lassen. Dieses Verfahren ist in
gleicher Weise auf andere langgestreckte Metallvollkörper, z. B. auf über io mm
dicke Bleche und Bänder, anwendbar.