DE966521C

DE966521C - Method for sustaining rings

Info

Publication number: DE966521C
Application number: DE1948966521D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Stich
Original assignee: WILHELM STICH DR ING
Current assignee: WILHELM STICH DR ING
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1957-10-24

Description

Verfahren zum Durchhärten von Ringen Das Durchhärten von Ringen aus einer Legierung, insbesondere aus Stahl, stellt jeweils dann besondere Anforderungen hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Rißfreiheit, Verzugsfreiheit usw. an das zur Anwendung gelangende Härteverfahren, wenn es sich - ihrem Verhalten beim Härten nach - um besonders empfindliche Werkstoffe handelt. Derartige Metalle werden gewöhnlich erst durch eine nachfolgende, anlaßartige Warmbehandlung auf den gewünschten, gebrauchsfähigen Zustand gebracht, z. B. auf einen solchen bestimmter Festigkeit bzw. Zähigkeit (vergütet) oder Bearbeitbarkeit (geglüht).Method for hardening rings The hardening of rings an alloy, in particular made of steel, then makes special demands in each case with regard to uniformity, freedom from cracks, freedom from warpage, etc. to the application Successful hardening processes, if - according to their behavior during hardening - particularly sensitive materials are involved. Such metals are usually only through a subsequent, tempered heat treatment to the desired, usable Brought state, e.g. B. on such a certain strength or toughness (tempered) or machinability (annealed).

Ähnlich schwierige Verhältnisse liegen oft auch beim Härten von Hohlkörpern (z. B. von Büchsen, Rohren usw.) vor, insbesondere dann, wenn sie von geringer Wandstärke und aus empfindlichem Stahl sind. Zur Behebung der beim Härten solcher Hohlkörper auftretenden Schwierigkeiten sind besondere Maßnahmen erforderlich. Hohlkörper können auch aus sehr empfindlichem Stahl dann ohne Spannungsrißgefahr und gleichmäßig gehärtet werden, wenn der Hohlkörper einer von der Außenbis zur Innenwand fortschreitenden Einwirkung eines Härtemittels (z. B. Wasser) ausgesetzt wird, oder seiner Einwirkung erst nach von außen erfolgter Abschreckung gegebenenfalls auch noch zusätzlich von innen aus unterworfen wird. Kennzeichnend hierfür ist aber, daß für die zum Abschrecken nötige Wärmeabfuhr zunächst ausschließlich die Außenwand und gegebenenfalls erst später auch die Innenwand des Hohlkörpers herangezogen wird, wobei die Wandfläche im Verhältnis zu Wandstärke bzw. -volumen das für solche Hohlkörper charakteristische große Ausmaß aufweist.The hardening of hollow bodies is often similarly difficult (e.g. from bushings, pipes, etc.), especially if they have a small wall thickness and are made of sensitive steel. To remedy the hardening of such hollow bodies If difficulties arise, special measures are required. Hollow body can even from very sensitive steel then hardened evenly and without risk of stress cracking will, when the hollow body is one from the outer to the inner wall is exposed to progressive action of a hardening agent (e.g. water), or its influence only after external deterrence, if necessary is also subjected from the inside. It is characteristic of this, however, that initially only the outer wall is responsible for the heat dissipation required for quenching and, if necessary, the inner wall of the hollow body is only used later, wherein the wall area in relation to the wall thickness or volume is that for such hollow bodies has characteristic large dimensions.

Zum Unterschied von Hohlkörpern im Sinne des vorerwähnten Verfahrens sind hingegen Ringe dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenwand im Verhältnis zur Ringstärke bzw. -masse sehr flächenklein ist und die - zumindest zeitweise -alleinige Wärmeabfuhr beim Härten nicht mehr zu übernehmen vermag. Hingegen sind die Stirnseiten des Ringes gegenüber jenen, wie sie üblicherweise bei Hohlkörpern auftreten und dort infolge ihres (wegen ihrer Kleinheit) geringen Einflusses auf den Verlauf des Abschreckvorganges vernachlässigt werden, verhältnismäßig so groß, daß sie für die Gestaltung des Abschreckvorganges besonders beachtet und herangezogen werden müssen. Da aber beim Härten von Ringen z. B. auch der Grundgedanke des bekannten älteren Verfahrens zum Abschrecken von komplizierten Werkstücken (unter anderem von Eisenbahnrädern), wobei das Abschreckmittel den Stellen größeren oder kleineren Querschnitts auch in verhältnismäßig größeren oder kleineren Mengen zur Erzielung einer je Raumeinheit möglichst gleichen Wärmeabfuhr und somit eines im ganzen gleichmäßigen Schrumpf-bzw. Schwindvorganges zugeführt wird, keine Anwendung finden kann (es fehlen hierzu alle Voraussetzungen: Stahl von im Verhältnis zur Wandstärke großer Unempfindlichkeit, ferner als Maß dienende örtliche Materialanhäufungen), so. müssen auch in diesem Falle andere Wege beschritten werden.In contrast to hollow bodies in the sense of the aforementioned method however, rings are characterized in that their outer wall in relation to Ring thickness or mass is very small in area and - at least temporarily - alone Can no longer take over heat dissipation during hardening. On the other hand, the front sides are of the ring compared to those that usually occur in hollow bodies and there due to their (because of their smallness) small influence on the course of the Quenching process are neglected, relatively so large that they are for the The design of the quenching process must be particularly observed and consulted. But since the hardening of rings z. B. also the basic idea of the well-known older Process for quenching complex workpieces (including railway wheels), wherein the quenching means the places of larger or smaller cross-section as well in relatively larger or smaller quantities to achieve one per unit of space Heat dissipation that is as identical as possible and thus an overall uniform shrinkage or shrinkage. The shrinkage process is supplied, cannot be used (all of these are missing Requirements: steel of great insensitivity in relation to the wall thickness, local accumulations of material serving as a measure), see above. also need in this If other paths are taken.

Erfindungsgemäß wird nun beim Abschrecken von Ringen zur Behebung auftretender Schwierigkeiten, z. B. von Härterissen, ungleichmäßiger Durchhärtung, zu starkem Verzug, so vorgegangen, daß - und zwar einerseits unter bewußtem Verzicht auf ein gleichmäßiges, gleichzeitiges Abkühlen (und somit Schrumpfen) der Ringaußen- und -innenwand sowie andererseits im Gegensatz zu dem Abschreckvorgang beim Härten dünnwandiger Hohlkörper - von Anfang an die Ringinnenwand der Einwirkung des Härtemittels (z. B. Wasser oder Öl) entzogen wird und die Ring-Stirnflächen sogleich nach dem an der Ringaußenwand zuerst einsetzenden Abschreckvorgang teilweise oder ganz, allmählich oder auf einmal, in diesen mit einbezogen werden. Erst bei auslaufendem Abschreckvorgang kann zusätzlich auch noch die Ringinnenwand der Einwirkung des Härtemittels ebenfalls ausgesetzt werden. Da ferner auch im Zustand des Auskühlens vom Gießen, Schmieden oder Walzen befindliche Werkstoffe erfindungsgemäß als im Sinne dieses Verfahrens besonders -empfindlich angesehen werden, so muß die Gestaltung des Abschreckvorganges jeweils unter besonderer Berücksichtgung der betriebsmäßigen Voraussetzungen erfolgen.According to the invention, the quenching of rings is now used to remedy the situation occurring difficulties, e.g. B. of hardening cracks, uneven hardening, too much delay, proceeded in such a way that - on the one hand, with conscious renunciation for uniform, simultaneous cooling (and thus shrinking) of the outer ring and inner wall and, on the other hand, in contrast to the quenching process during hardening thin-walled hollow body - from the beginning the inner ring wall of the action of the hardening agent (e.g. water or oil) is removed and the ring end faces immediately after Quenching process that starts first on the outer ring wall partially or completely, gradually or all at once, to be included in this. Only when the quenching process is running out In addition, the inner wall of the ring can also be exposed to the action of the hardening agent get abandoned. Since it is also in the state of cooling from casting, forging or rolls located materials according to the invention than in the sense of this method The design of the quenching process must be viewed as particularly sensitive in each case with special consideration of the operational requirements.

Um bei der Durchführung des Verfahrens die angestrebte Verbesserung des Abschreck- bzw. Härtevorganges in vollem Umfang zu erreichen, müssen die nachfolgenden, an Hand von Anwendungsbeispielen erörterten Gesichtspunkte beachtet werden Weisen die zu härtenden Ringe breitere, flache Stirnseiten auf (Fig. z) und ist die Ausführung z. B. durch Schmieden, Walzen oder Gießen so beschaffen, daß diese Stirnflächen möglichst eben, d. h. gratfrei und ohne gröbere Vertiefungen bzw. Erhebungen sind, so werden solche Ringe R, einzeln oder aufeinandergeschichtet, zwischen Scheiben Schi und Sch2 einem Abschrecken durch Tauchhärtung unterzogen. Die eine untere Scheibe Schi ist dabei so ausgebildet, daß sie in ihrem topfartigen Ansatz Z das mit fortschreitender Abkühlung der Ringe R zwischen ihnen sowie zwischen diesen und den Scheiben Schi und Sch2 durchsickernde Härtemittel H, z. B. Wasser oder Öl, zunächst auffangen kann. An diesem topfartigen Ansatz Z ist auch innen die stielartige Aufhängevorrichtung V angebracht, welche durch die Ringöffnungen) und den AbschlußstutzenSt der oberen Scheibe Sch2 nach außen reicht. Die zu härtenden Ringe werden also samt den ihre Innenwandung vor der unmittelbaren Einwirkung des Härtemittels H schützenden Scheiben so tief unter dessen Oberfläche getaucht, daß an der oberen Scheibe Sch, nur mehr der Abschlußstutzen St herausragt.In order to fully achieve the desired improvement in the quenching or hardening process when carrying out the process, the following points must be taken into account, based on application examples the execution z. B. by forging, rolling or casting so that these end faces are as flat as possible, ie burr-free and without coarser depressions or elevations, such rings R, individually or stacked, are subjected to quenching by immersion hardening between discs Schi and Sch2. The one lower disk Schi is designed so that in its pot-like approach Z the hardening agent H, z. B. water or oil, can initially collect. On the inside of this pot-like extension Z, the handle-like suspension device V is also attached, which extends outward through the ring openings) and the connecting piece St of the upper disk Sch2. The rings to be hardened, together with the disks protecting their inner walls from the immediate action of the hardening agent H, are immersed so deeply below the surface that only the end piece St protrudes from the upper disk Sch.

Da in diesem Falle bewußt auf das Abdichten von Ring(en) und Scheiben verzichtet wurde (im Gegensatz z. B. zum Härten von Hohlkörpern), so erfolgt zwar zunächst lediglich ein Abschrecken der Ringaußenwandung(en). Mit von außen nach innen fortschreitender Abkühlung dringt jedoch das Härtemittel von außen immer weiter zwischen die Ring- bzw. Scheibenstirnwände ein, entzieht diesen zunächst durch Verdampfen und später durch Benetzen Wärme in einem ebenfalls mit der Gesamtabkühlung des Ringes schritthaltenden Umfang, bis es schließlich die Ringinnenwandung erreicht und von dort in den topfartigen Ansatz gelangt, wo es sich zunächst ansammelt. Schließlich kann im Bedarfsfalle durch Tiefertauchen das Härtemittel auch unmittelbar (durch den Abschlußstutzen) nach innen gelangen und so die Ringinnenwandung(en) seiner unmittelbaren Einwirkung ausgesetzt werden.Since in this case consciously on the sealing of ring (s) and washers was waived (in contrast, for example, to the hardening of hollow bodies), it is true initially only a quenching of the ring outer wall (s). With from the outside to However, as the cooling progresses inside, the hardening agent penetrates further and further from the outside between the ring or disk end walls, initially withdraws it by evaporation and later by wetting heat in one likewise with the overall cooling of the ring keep-in-step circumference until it finally reaches the inner wall of the ring and of where it gets into the pot-like approach where it initially collects. In the end If necessary, the hardener can also be immersed directly (through the end piece) get inside and so the inner ring wall (s) of his be exposed to direct action.

Auf diese Weise gelingt es, bei Ringen trotz ihrer wesentlich größeren »Wandstärke« durch sinngemäß richtige Führung des von außen nach innen fortschreitenden Härtevorganges das gleich gute Ergebnis wie beim Härten von Hohlkörpern zu erzielen: Zunächst erfahren die Ringinnenschichten durch das Härten und Schrumpfen der Ringaußenwand in radialer Richtung eine Steigerung des spezifischen Druckes, verbunden mit Haltepunktherabset:k-ung und plastischer (bleibender) Formänderung. Dann aber setzt mit fortschreitender Abschreckung der Stirnseiten zusätzlich die hiervon ausgehende, sich axial auswirkende Schrumpfwirkung auf die Kernpartien des Ringquerschnitts ein, so daß in diesen und in den innersten Ringschichten infolge Haltepunktherabsetzung eine verläßliche Härtung auch noch bei bereits weit fortgeschrittener Auskühlung erfolgt.In this way it is possible to work with rings despite their much larger size "Wall thickness" by appropriately correct guidance of the progression from the outside to the inside Hardening process to achieve the same good result as when hardening hollow bodies: First of all, the inner layers of the ring experience through the hardening and shrinking of the Outer ring wall in the radial direction an increase in the specific pressure, combined with a breakpoint decrease: k-ung and plastic (permanent) change in shape. But then it continues as it progresses Deterring of the end faces, in addition, the axially emanating from this Shrinkage effect on the core parts of the ring cross-section, so that in these and reliable hardening in the innermost ring layers as a result of the lowering of the breakpoint also takes place when the cooling is already well advanced.

Es ist so möglich, bei gehärteten Ringen einen besonders ausgeprägten stabilen Spannungszustand zu erzielen. Derart gehärtete Ringe aus beim Härten sehr empfindlichen Werkstoffen müssen allerdings unmittelbar nach dem Abschrecken entspannt werden. Stahl z. B. bei etwa 35o bis q.50° C.It is thus possible to have a particularly pronounced ring with hardened rings to achieve a stable state of tension. Such hardened rings from hardening very much However, sensitive materials must be relaxed immediately after quenching will. Steel z. B. at about 35o to q.50 ° C.

Weisen die zu härtenden Ringe keine ausreichend breiten Stirnseiten auf oder behindern zu grobe Unebenheiten, insbesondere Randgratbildungen, die Anwendung der vorstehend beschriebenen Tauchhärtung, so kann eine Einzelhärtung wie folgt (Fig. a) durchgeführt werden: Der auf Härtetemperatur befindliche Ring R wird in Richtung seiner Achse F_ zwischen pilzartig ausgebildete und selbstzentrierende Halter P, z. B. einer Drehbank, eingespannt, zum Rotieren gebracht und sogleich einer Abschreckung in der Weise unterworfen, daß zuerst seine Außenwand A und anschließend seine Stirnseiten S1 und S2 einer Einwirkung des Härtemittels H ausgesetzt werden. Das Härtemittel wird hierbei durch möglichst fein regelbare Düsen D1 und Dz auf Außenwand und Stirnseite des rotierenden Ringes gespritzt. Bei stufenlos regelbarer Umdrehungszahl ya des rotierenden und zu härtenden Ringes kann eine genaue Abstimmung des Härtevorganges erfolgen. Hinsichtlich der Wirkung dieses Härtevorganges auf den zu härtenden Ring selbst gilt das bereits vorher Gesagte.If the rings to be hardened do not have sufficiently wide end faces too rough unevenness, especially the formation of edge burrs, or hinder the application the above-described dip hardening, a single hardening can be carried out as follows (Fig. A): The ring R, which is at the hardening temperature, is in Direction of its axis F_ between mushroom-like and self-centering Holder P, e.g. B. a lathe, clamped, made to rotate and immediately subjected to a quench in such a way that first its outer wall A and then its end faces S1 and S2 are exposed to the action of the hardening agent H. The hardening agent is applied through nozzles D1 and Dz, which can be regulated as finely as possible Outer wall and face of the rotating ring injected. With infinitely variable The number of revolutions ya of the rotating ring to be hardened can be precisely matched of the hardening process. With regard to the effect of this hardening process the previously stated applies to the ring to be hardened.

Das gleiche Verfahren kann auf das gleichzeitige Härten mehrerer Ringe Anwendung finden, und zwar dann, wenn dieseRingeR einigermaßen ebene und vor allem Bratfreie Stirnseiten aufweisen (Fig.3). Unter solchen Voraussetzungen kommt diese Art der Verfahrensanwendung besonders dann in Frage, wenn z. B. Ringe beim Schmieden in rascher Reihenfolge anfallen und aus der Schmiedehitze gehärtet werden sollen. Sie können dann z. B. in einer isolierenden Schamotterinne gesammelt werden, mittels eines in Ausnehmungen G der pilzartig ausgebildeten Halter P eingepaßten Stabes S gemeinsam zwischen diese eingesetzt und axial eingespannt werden. Zum Rotieren gebracht, werden die Außenwandungen A dieser zusammengespannten Ringe R einem Abschrecken durch das Härtemittel H mittels einer oder mehrerer scharf wirkender Düsen D unterzogen. Die Auswirkung dieser Art von Abschreckung auf den zu härtenden einzelnen Ring ist die gleiche wie in Fig. r dargestellt, jedoch verbunden mit einer genaueren Abstimmung des Härtevorganges durch Regelungsmöglichkeit von Härtemittelzufluß H und Umdrehungszahl n. Sonst gilt das bereits früher Gesagte (Entspannen nötig).The same procedure can apply to the hardening of multiple rings at the same time They are used when these rings are reasonably flat and above all Have frying-free ends (Fig. 3). This comes under such conditions Type of process application particularly in question if z. B. Rings in forging accrue in quick succession and are to be hardened from the forging heat. You can then z. B. be collected in an insulating fireclay gutter, by means of a rod fitted into recesses G of the mushroom-like holder P S are used together between these and axially clamped. To rotate brought, the outer walls A of these clamped rings R are quenched subjected to the hardening agent H by means of one or more sharp-acting nozzles D. The effect of this type of quench on the individual ring to be hardened is the same as shown in Fig. r, but associated with a more precise adjustment of the hardening process by regulating the hardening agent flow H and the number of revolutions Otherwise, what has been said earlier applies (relaxation necessary).

Ähnlich kann auch beim Ringwalzen unmittelbar vorgegeangen werden: Ringaußenwände A und -stirnseiten S1 und S2 werden sogleich nach Beendigung des Walzens (bzw. der Formänderung) bei noch anhaltender Drehbewegung des Ringes in unmittelbarer Aufeinanderfolge dem Härtemittel H mittels Düsen D ausgesetzt (Fig. q.). Hinsichtlich Auswirkung des Härtevorganges auf den Ring R selbst und des Entspannens gilt das bereits vorher Gesagte.A similar approach can be taken directly with ring rolling: Ring outer walls A and front sides S1 and S2 are immediately after the end of the Rolling (or the change in shape) while the ring continues to rotate in Immediately following each other exposed to the hardening agent H by means of nozzles D (Fig. q.). With regard to the effect of the hardening process on the ring R itself and the relaxation what has already been said applies.

Da ferner das Härten an sich als Gefügeverfeinerung ganz allgemein auf mittelbare oder unmittelbare Druckeinwirkung zurückgeht, außerdem das durch Abschrecken aus der Warmformgebung auf Grund unmittelbarer Druckeinwirkung praktisch erzielbare zusätzliche Härtevermögen außerordentlich groß ist und z. B. beim Schmieden bis zur Verdoppelung der Härtetiefe führen kann, so kommt diesem Verfahren unter anderem eine besondere Bedeutung für die Herstellung von Kugellagerringen zu. Die Größe dieses zusätzlichen Härtevermögens hängt dann nur mehr von der Kürze der Zeitspanne ab, mit welcher das Abschrecken der Druckeinwirkung folgt. Kugellagerringe aber werden z. B. vorwiegend auf der Schmiedemaschine, d. h. unter entsprechend hoher Druckeinwirkung hergestellt. Infolgedessen ermöglicht die durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erreichbare Erhöhung des Härtevermögens die Verwendung von z. B. unlegiertem Werkzeugstahl an Stelle von mit Chrom legiertem Kugellagerstahl, so daß die bekannten schädlichen Auswirkungen von Chromkarbiden (Zeilen) von vornherein in Wegfall kommen.There is also hardening in general as a refinement of the structure is due to the direct or indirect effect of pressure, as well as that through Quenching from hot forming due to direct pressure is practical achievable additional hardness is extremely large and z. B. in forging can lead to a doubling of the hardening depth, this method comes under among other things, it is of particular importance for the production of ball bearing rings. the The size of this additional hardening capacity then only depends on the shortness of the period of time with which the quenching follows the application of pressure. Ball bearing rings but are z. B. mainly on the forging machine, d. H. under correspondingly higher Pressure produced. As a result, made possible by the invention proposed method achievable increase in hardness the use from Z. B. unalloyed tool steel instead of ball bearing steel alloyed with chrome, so that the known harmful effects of chromium carbides (rows) a priori come to an end.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Process for hardening rings or ring-like Bodies made of materials that are particularly sensitive to their hardness behavior apply, characterized in that the rings to be hardened are a progressive Exposure to the hardening agent, which begins on the outer circumference of the rings and in the immediately following, step by step or all at once, the ring faces or parts thereof and after the quenching carried out from the outside and from the end faces if necessary, the interior of the rings can also be included. :

2. The method according to claim i, characterized in that in the state of cooling from casting, forging or Rolling rings immediately from this state of highest sensitivity hardened.

3. The method according to claims i and z, characterized in that that rings, individually or stacked, between the interior space against immediate Subsequent to the action of the hardening agent, the discs are subjected to immersion hardening will.

4. The method according to claims i and 2, characterized in that that rings, individually or in groups, between self-centering mushroom-like Holder clamped and hardened in the rotating state, with an accurate Coordination of the hardening process through stepless regulation of the number of revolutions and hardening agent supply he follows.

5. The method according to claims i, 2 and 4, characterized in that in the case of rolled rings, the hardening already takes place without renewed clamping on the ring rolling mill itself, immediately after the end of the change in shape and with the ring still rotating.

6. Application of the method according to claims i to 5 on rings to be hardened made of alloyed or unalloyed tool steel and of alloyed or unalloyed ball bearing steel. Considered publications: Austrian patent specification No. 158 62o; French Patent No. 835 224; USA. Patent Nos 2 --80,552, 2,596,345. "Iron Age", 1933, issue 17.8., Pp. 24, 25, 62.