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Verfahren zum fortschreitenden einseitigen Oberflächenhärten Zum einseitigen
Oberflächenhärten von Werkstücken aus Stahl bedient man sich sowohl des Erhitzens
auf elektroinduktivem Wege als auch durch Gasbrenner. Im fortschreitenden Verfahren
wird dabei. so vorgegangen, daß die Heizeinrichtung mit einer solchen Geschwindigkeit
über die zu härtende Oberfläche bewegt wird, daß unmittelbar hinter der Heizeinrichtung
die erforderliche Abschrecktemperatur erreicht ist, worauf das Abschrecken der betreffenden
erhitzten Zone erfolgt. Sowohl das Heizen mit Gas als auch auf elektroinduktivem
Wege hat sich überall dort bewährt, wo die Härtetiefe nicht zu große Ausmaße annimmt.
Sollen indes erhebliche Härtetiefen erreicht werden, wie dies beispielsweise für
Schiffspanzer dicker Abmessungen erforderlich ist, so ergeben sich gewisse Schwierigkeiten,
weil die Energiezufuhr weder mit Brennern noch mit Induktionsspulen so gestaltet
werden kann, daß das Werkstück in der erforderlichen Tiefe auf die notwendige Härtetemperatur
gebracht wird. Eine Steigerung der Energiezufuhr ergäbe nicht eine nach größeren
Werkstücktiefen fortschreitende Erhöhung der Temperatur, sondern lediglich eine
unerwünschte Erhöhung der Temperatur an der Oberfläche, die zu Verbrennungen oder
sonstigen Beeinträchtigungen des Werkstoffes führen kann.
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Gemäß der Erfindung können beim einseitigen Oberflächenhärten im fortschreitenden
Verfahren größere Tiefen der Erwärmung und damit größere Einhärtetiefen erreicht
werden, wenn außer dem an sich bekannten einseitigen Erwärmen der zu härtenden
Fläche
auf Härtetemperatur,das Werkstück von der Gegenseite her ebenfalls im fortschreitenden
Verfahren auf erhöhte Temperaturen gebracht wird. Es muß darauf geachtet werden,
daß die Temperaturerhöhung von der Rückseite her nicht so weit getrieben wird, daß
die Anlaßtemperatur überschritten wird, da sonst die Wirkung einer zuvorigen Vergütung
des Werkstückes zunichte gemacht wird. Unmittelbar hinter der Heizeinrichtung, die
das Erwärmen von zwei Seiten fortschreitend vornimmt, wird das Werkstück beiderseitig
abgeschreckt, so daß einerseits die Härtung erfolgt und andererseits verhindert
wird, daß der Wärmeinhalt des Werkstückes auf die gehärtete Zone nachträglich eine
Anlaßwirkung; ausübt.
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Die Tatsache, daß mit dem Verfahren gemäß der Erfindung größere Einhärtetiefen
erreicht werden können, ist offenbar die Folge des Wärmeflusses von der Gegenseite
aus. Im nachfolgenden werden an Hand eines Schaubildes die Verhältnisse in einem
Werkstück, das im fortschreitenden Verfahren erhitzt wird, näher erläutert.
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Auf der Abszisse ist die Werkstückdicke aufgetragen, während auf der
Ordinate die Temperaturen aufgetragen sind. Wenn das bisher bekannte Verfahren des
einseitigen Erhitzens angewendet wird, so ergibt sich beispielsweise bei einer bestimmten
Energiezufuhr ein - Temperaturverlauf im gesamten Werkstückquerschnitt gemäß der
Kurve i. Die Kurve ist im wesentlichen eine Exponentialkurve. Auf der Rückseite
des Werkstückes wird lediglich die Außentemperatur erreicht, während auf der Vorderseite,
von der aus die Wärmezufuhr erfolgt, sich eine Temperatur einstellt, die die Härtetemperatur
um einen gewissen Betrag übersteigt. Da unterhalb der Härtetemperatur eine Härtung
beim nachfolgenden Abschrecken nicht mehr stattfindet, liegt die Grenze der Einhärtetiefe
an der Stelle, an der die Exponentialkurve die Horizontale der erforderlichen Härtetemperatur
schneidet. Die Einhärtetiefe beträgt bei Maßnahmen, die zu der Kurve i führen, d1.
Eine weitere Steigerung der Energiezufuhr, sei es durch Erhöhung der elektrischen.
Energie beim elektroinduktiven Erhitzen oder durch eine verstärkte Gaszufuhr beim
Erhitzen mittels Gasbrennern, würde an dem Verlauf der Kurve i vom Schnittpunkt
mit der Härtetemperaturlinie an wenig geändert, lediglich im Anfangsteil der Kurve
würde eine Versteilung eintreten, da in den Oberflächenschichten eine erhöhte Temperatur
erzielt würde. Dies ist um so, mehr der Fall, als beim elektroinduktiven Erhitzen,
insbesondere bei der Verwendung. von Spulen, die das Werkstück umschließen, eine
Kühlung von der Rückseite des Werkstückes während des Erhitzens vorgenommen wird.
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Die Kurve 2 stellt den Temperaturverlauf in einem Werkstück dar, das
gemäß der Erfindung gleichzeitig von der Rückseite her erwärmt wird. Die Erwärmung
von der Rückseite her verläuft nach einer Exponentialkurve, die bei 2, angedeutet
ist, so daß auf der Werkstückrückseite eine erhöhte Temperatur T2 erreicht wird.
Die auf Grund -beiderseitiger Einwirkung sich ergebende Temperaturstaffelung gemäß
Kurve 2 schneidet infolge der Maßnahmen gemäß der Erfindung trotz gleicher Temperatur
an der Vorderseite .die Härtetemperatu:rhorizontale erst bei d2, d. h., die erhöhte
Temperatur ist bedeutend tiefer in das Werkstück eingedrungen, und beim Abschrecken
ergibt sich infolgedessen eine größere Härtetiefe. Wird die Temperatur von der Rückseite
her bis zum Punkt T3 gesteigert, so ergibt sich ein Temperaturverlauf im Werkstück
nach der Kurve 3, und es ist ersichtlich, daß nach dem Abschrecken eine noch größere
Härtetiefe d3 erreicht wird.
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Bei Benutzung von Spulen, die das Werkstück umfassen, ist diese Wirkung
ohne zusätzlichen Energieaufwand zu erreichen, weil die Rückflußleiter an der Unterseite
des Werkstückes zur Erhöhung dar Temperatur ausgenutzt werden, können. Bei Benutzung
von -Leiterschleifen, bei denen die Rückflußleiter nicht auf der Gegenseite des
Werkstückes liegen und bei Anwendung von Brennern ist es erforderlich, für das Beheizen
der Rückseite zusätzliche Geräte vorzusehen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist überall dort anwendbar, wo an
der Temperaturverteilung im Werkstück der Wärmefluß im Werkstück mitwirken kann.
Dies ist sowohl beim elektrischen -Verfahren als auch bei@n Gaserhitzen der Fall,
wenn die Werkstücke selbst hinreichenden Querschnitt besitzen. Die Eindringtiefe
der an sich vergleichsweise niedrigen Temperatur, die an der Rückseite des Werkstückes
erzeugt wird, kann dadurch beeinflußt werden, daß der Brenner oder Heizleiter auf
der Rückseite gegenüber dem Brenner bzw. Heizleiter auf der Vorderseite um einen
gewissen Betrag versetzt ist, derart, daß der Beginn der Temperaturerhöhung an der
Rückseite früher einsetzt als an der Vorderseite. Dadurch ist der von der Rückseite
zugeführten Wärme die Möglichkeit gegeben, auf dem Wege der Wärmeleitung tiefer
einzudringen. Aus den Darlegungen in Verbindung mit dem Schaubild ist ersichtlich,
daß die Höhe der Temperatur an der Rückseite nicht nui-die Härtetiefe bestimmt,
die an der Vorderseite erzielt wird, sondern auch die Breite der Zone beeinflußt,
in der zwar die Härtetemperatur noch nicht erreicht, jedoch bereits ein Temperaturzustand
herbeigeführt wird, in welchem sich Gefügeänderungen. vollziehen können. Bei Stahl
wird auf diese --Weise zwischen. der gehärteten Außenschicht. und- der vergüteten
rückseitigen Schicht eine Zone mit Übergangsgefüge erzeugt. Die Höhe der Temperatur
an. der Werksitückrückseite beeinflußt mithin auch die Breite dieses Übergangsgefüges.
Das -Übergangsgefüge ist beispielsweise für Platten von besonderer Bedeutung.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist darin
gelegen, daß bei der-Behandlung von Werkstücken mit großer Längserstreckung, wie
beispielsweise Platten, der Verzug auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
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Das Verfahren ist auch anwendbar auf andere metallische Werk§tofFe,.
. vorausgesetzt, . daß bei.
diesen Legierungen das Gefüge auf eine
aus Erhitzen und Abschrecken bestehende Wärmebehandlung anspricht.