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Verfahren zur Warmbehandlung von Werkstücken aus Mangan-Hartstahl.
Bisher wurden Werkstücke aus Mangan-Hartstahl mit etwa 10-15% Mangan auf etwa 10000 C erhitzt und ganz in Wasser abgeschreckt, wodurch sie allseitig eine Härte von etwa 200-230 (statt vorher
280-300) Brinell erhielten. Diese Art der Abschreckung ist jedoch für eine grosse Anzahl von Werkstücken nicht geeignet, besonders für solche nicht, die auf einer Seite auf Druck und gleichzeitig auf starken Verschleiss beansprucht werden. So müssen z. B. bei Breehbacken die Brechzähne sehr hart (druck-und verschleissfest) sein, während ihre Rückseite grosse Zähigkeit aufweisen muss, damit bei der starken Beanspruchung im Brecher keine Risse und Brüche entstehen.
Wie nun Versuche erwiesen haben, ist es möglich, Mangan-Hartstahlstüeke so zu behandeln, dass lediglich der Teil hart bleibt, der gleichzeitig dem Druck und Verschleiss unterworfen ist, während der übrige Teil des Stückes zäh wird. Erreicht wird dies dadurch, dass nur die dem Druck und Verschleiss ausgesetzten Teile des Stückes (die eigentlichen Arbeitsteile) durch Pressluft, Dampf oder ein sonstiges milde wirkendes Kühlmittel unter etwa 9200 C abgekühlt werden, so dass sich in diesen Teilen ein austenitisch-karbidisches Gefüge ergibt, während die entgegengesetzten Seiten auf ungefähr 10000 C erhitzt bleiben, worauf das Werkstück im ganzen schroff abgelöscht wird.
Es hat sich weiter herausgestellt, dass durch eine Druckbeanspruchung die Brinellhärte des nicht abgeschreckten Teiles unverhältnismässig gesteigert wird, woraus sich eine noch höhere Druck- und Verschleissfestigkeit dieser Teile während des Betriebes ergibt.
Es ist bei einem Verfahren zur Herstellung von Eisenbahnrädern aus Manganstahl bekannt, den Mangangehalt auf mindestens 17% zu erhöhen und den diesen Mangangehalt aufweisenden Radteil oder auch das ganze Rad zwecks Vermeidung schädlicher Karbidausscheidungen verhältnismässig langsam abzukühlen. Die Abkühlung erfolgt hiebei von 1000 C bis auf 200 C herunter. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird jedoch nicht-wie bei dem Verfahren gemäss der Erfindung-nur ein Teil des Werkstückes langsam abgekühlt und ein anderer Teil während dieser Abkühlung auf etwa 1000 C erhitzt gehalten und hierauf eine Ablöschung im ganzen vorgenommen.
Eine derartige Behandlungsweise kommt auch für Eisenbahnräder nicht in Betracht, da bei Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung Spannungen in den Eisenbahnrädern auftreten würden, die hiebei unbedingt vermieden werden müssen.
Auf der Zeichnung ist zur Erläuterung des Verfahrens gemäss der Erfindung in Fig. 1 ein Probestück aus Stahl mit 12% Mangan dargestellt, während die Fig. 2 und 3 eine Vorrichtung zur betrieblichen Durchführung des Verfahrens im Querschnitt und in Draufsicht veranschaulichen.
Das Probestück nach Fig. 1 wurde erhitzt und bis zur Linie A - B in Wasser getaucht, während der obere Teil in der Luft abkühlen konnte. Der links der Linie C-D liegende Teil wurde dann mit einem Lufthammer kalt bearbeitet. Bei der dann vorgenommenen Brinellprobe ergaben sich die eingetragenen Härtezahlen. Aus diesen ist zu erkennen, dass erstens der in der Luft abgekühlte Teil eine höhere Brinellhärte aufweist als der im Wasser abgekühlte und zweitens der Unterschied zwischen den Härtezahlen des kaltbearbeiteten und des unbearbeiteten Teiles bei dem in der Luft abgekühlten Teil bedeutend grösser ist als bei dem im Wasser abgekühlten.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, eine Brechbacke aus Mangan-Hartstahl zu schaffen, deren Brechzähne infolge der langsamen Abkühlung in der Luft und der sich daraus ergebenden Austenit- Karbidbildung ausserordentlich hart und verschleissfest sind und deren Rückseite auf Grund der Abschreckung ein rein austenitisches Gefüge erhält und somit zäh ist.
Besonders günstig ist es, wenn die dem Verschleiss ausgesetzte Seite aus Austenit, Karbid und Martensit besteht, die das Material hart und spröde machen, während die entgegengesetzte Seite durch
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zähen Austenit gebildet wird. Um dies zu erreichen, kann das Verfahren, wie durch Versuche festgestellt wurde, unter Erzielung einer wesentlichen Beschleunigung wie folgt durchgeführt werden :
Ein Werkstück wird auf 10000 C erhitzt, Dann werden diejenigen Seiten des Werkstückes, die hart bleiben sollen, durch Pressluft, Dampf oder ein sonstiges milde wirkendes Kühlmittel auf eine Temperatur unter etwa 9200 C abgekühlt. Hiedurch wird auf diesen Seiten ein austenitiseh-karbidisches Gefüge gebildet.
Die entgegengesetzten Seiten des Werkstückes bleiben dabei auf etwa 10000 C erhitzt. Anschliessend wird dann das ganze Werkstück abgelöscht.
Zur Durchführung dieses Verfahrens dient die in Fig. 2 und 3 veranschaulichte Vorrichtung. Sie besteht aus einem Kasten 1, dessen Oberfläche mit Löcherreihen 2 versehen und der an eine Leitung für z. B. Pressluft angeschlossen ist. Der Kasten selbst ruht in einem zweckmässig mit Rollen 4 versehenen Rahmen 5. Das dem Prozess zu unterwerfende Stück, z. B. eine Brechbacke, wird auf 1000 C erwärmt, mit den Zähnen nach unten auf die Rollen 4 gelegt und diese Seite des Werkstückes unter etwa 920 C abgekühlt. Dabei muss dafür gesorgt werden, dass die Temperatur von etwa 1000 C der andern entgegengesetzten Seite, die zäh bleiben soll, nahezu erhalten bleibt. Wird dann das ganze Werkstück abgelöscht, z.
B. in einer Flüssigkeit abgekühlt, so erhält man eine zähe austenitisch Rückseite und harte, austenitisch-karbidische Zähne, deren Gefüge auch Martensit enthalten kann.