DE1947275B2

DE1947275B2 - Induktions haertungs verfahren

Info

Publication number: DE1947275B2
Application number: DE19691947275
Authority: DE
Inventors: Katsunobu Ishn Kentaro Tokio Tanaka Yoshito Nara Saito Takao Nishinomiya Hyogo Tomita, (Japan)
Original assignee: Japanese National Railways, Tokio, Sumitomo Metal Industries Ltd Osaka, (Japan)
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1971-10-07
Also published as: US3658605A; DE1947275A1; FR2018370A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Induktions- Weise gehärteten Zone geht durch Y hervor. Das

Härtungs-Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungs- Material ist eine gerade zylindrische Welle. In Fig. 1

festigkeit der Grenze der gehärteten Zone eines Stahls, bedeutet X die Stellung einer Induktionsschlange,

wie beispielsweise einer geraden oder gekrümmten während Z eine gehärtete Zone auf der Oberfläche

Achswelle für Eisenbahnwaggon-Achsen, einer Anker- 5 des Stahlmaterials wiedergibt. X, Y und Z werden in

achse, Walze oder Kurbelachse. F i g. 1 entsprechend der Achsstellungen gezeigt. Wie

Im allgemeinen wird ein Stahlmaterial zur Ver- aus Fig. 1 hervorgeht, besteht innerhalb des Bebesserung seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Er- reiches der gehärteten Zone Z, wie durch Y gezeigt müdung und Verschleiß induktionsgehärtet. Es ist wird, eine große restliche Druckspannung, und zwar jedoch bekannt, daß, falls die Oberfläche eines Stahl- io in der Nähe der Außenseite der gehärteten Zone, materials lokal induktionsgehärtet wird, die Ermü- wobei die restliche Druckspannung sich in eine restdungsf estigkeit in der Nähe der Grenze der gehärteten liehe Zugspannung umkehrt und sich die ZUgspan-Zone vermindert ist, so daß das Stahlmaterial an nung nach dem Durchlaufen eines Maximums vereiner derartigen Stelle bricht, mindert. Im Falle einer lokalen Induktionshärtung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ver- 15 eines Stahlmaterials wird daher eine restliche Druck-

fahrens zur Verhinderung der Herabsetzung der Er- spannung erzeugt, wobei jedoch gleichzeitig in der

müdungsfestigkeit eines (derartigen Teils durch Ver- Nähe der Außenseite der gehärteten Zone eine rest-

minderung der Restzugspannung an dieser Stelle liehe Zugspannung auftritt. Diese restliche Zügspan-

sowie durch Abtrennung der Zone, in welcher eine nung setzt die Ermüdungsfestigkeit herab, so daß das

Restzugspannung erzeugt wird. 20 Stahlmaterial durch Ermüdung bricht.

Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend besteht darin, den Wirbelstrom, der in einem gehär- unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläuteten Material beim Induktionshärten erzeugt wird, tert. In Fig. 2, Welche in graphischer Weise die Eran der Grenze der gehärteten Zone schrittweise her- gebnisse der Messung der Restspannungen auf der abzusetzen, so daß der Gradient der Erhitzungs- 25 Oberfläche in der Achsrichtung einer lokal induktemperatur allmählich herabgesetzt werden kann und tionsgehärteten Achswelle unter Verwendung von die Verteilung von Restspannungen, die in der Nähe Röntgenstrahlen zeigt, gibt A das übliche Verfahren der Außenseite der Grenze der gehärteten Zone er- wieder, während B und C die Ergebnisse deS erfinzeugt werden können, verbessert wird. dungsgemäßen Verfahrens darstellen. Das bei der

Erfindungsgemäß wird in der folgenden Weise ver- 30 Durchführung dieses Beispiels gehärtete Material ist

fahren: eine Achswelle aus einem legierungsfreien Stahl

1. Es werden Spulen verwendet, deren Innen- (AISI 1038) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,38 °/o durchmesser, Gewindesteigung oder Querschnitts- und einem Durchmesser von 190 mm. Die Indukfläche schrittweise auf jeder Seite üblicher Spulen tionshärtungs-Bedingüngen bei der Durchführung vergrößert sind. Man kann auch derart verfahren, 35 der üblichen Methode (vgl. A in F i g. 2) sind derart, daß 2. parallele Spulen angeordnet werden, deren daß eine Oberflächenhärtung bei einer Temperatur Strom unabhängig gesteuert werden kann, so daß von 830° C während einer Erhitzungszeit von die Strommenge in jeder Spule variiert werden kann. 120 Sekunden unter Verwendung einer hohlen In-Ferner kann man 3. das zu härtende Material wieder- duktionsspule aus Kupfer durchgeführt wird, wobei holt in der Achsrichtung bei der Durchführung einer 40 die Spule einen Innendurchmesser von 225 mm beüblichen stationären Härtung hin- und herbewegen. sitzt und sechs Windungen in Reihe aufweist. Der

Bei Einhaltung der vorstehend beschriebenen Querschnitt der Spule selbst beträgt in der Länge Maßnahmen kann der Wirbelstrom, der in der Nähe 20 mm und in der Breite 12 mm. Anschließend erder Grenzfläche der gehärteten Zone des Materials folgt ein Abschrecken durch Besprühen mit Wasser, induziert wird, allmählich von der gehärteten Zone 45 Bd der Durchführung des effindungsgemäßenVerin Richtung auf die nichtgehärtete Zone vermindert fahrens (vgl. B in Fig. 2 sowie Fig. 3) besitzt die werden, so daß der Temperaturgradient in der Nahe Induktionsspule, welche aus Fig. 3 zu ersehen ist, der Grenzfläche der gehärteten Zone niedrig gehalten den gleichen Innendurchmesser von 225 mm und werden kann. weist ebenfalls sedis Windungen in Reihe auf. Die

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen 50 Querschnittsabmessungen der Spule selbst betragen

näher erläutert. in der Länge 20 mm und in der Breite 12 mm. Dann

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die wird die Induktionsspule 2 aus Kupfer mit den glei-Beziehung zwischen der Stellung einer Induktions- chen Querschnittsabmessungen wie bei der üblichen spule und der Verteilung der Restspannungen auf Spule, wobei diese Spule drei Windungen mit einem der Oberfläche eines Stahlmaterials zeigt, das nach 55 um 10 mm vergrößerten Durchmesser aufweist und einer üblichen lokalen Induktionshärtungsmethode einen Innendurchmesser Von 225 mm am Ende begehärtet worden ist; sitzt, auf jeder Seite der vorstehend erwähnten In-

F i g. 2 zeigt in vergleichender Weise die Vertei- duktionsspule 1 zusätzlich angebracht. Das Material

lungen von Restspannungen auf der Oberfläche einer wird unter den gleichen Bedingungen hinsichtlich

Welle, wobei diese Spannungen einmal auf eine 60 Erhitzungszeit und Oberflächentemperatur wie bei

übliche Behandlung und andererseits auf eine erfin- der Durchführung der üblichen Methode gehärtet,

dungsgemäße Behandlung zurückzuführen sind; C in Fig. 2 gibt ebenfalls (vgl. auch Fig. 4) das

F i g. 3 und 4 sind Teillängsschnitte, welche Aus- erfindungsgemäße Verfahren wieder. Die Induktions-

führungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen. spule 3 besteht aus Kupfer und besitzt die gleichen

Bevor die Erfindung näher erläutert werden wird, 65 Querschnittsabmessungen sowie den gleichen Innensei an Hand von F i g. 1 eine übliche Methode ge- durchmesser wie die Spule, welche zur Durchführung schildert. Die Verteilung der Restspannungen in der des üblichen Verfahrens verwendet wird, wobei Achsrichtung auf der Oberfläche der in üblicher jedoch zwei Windungen der Spule an Stelle eines

Abstandes von 20 mm einen Abstand von 28 und 32 mm besitzen. Eine derartige Spule wird zusätzlich auf jeder Seite der gleichen Induktionsspule 1, wie sie zur Durchführung des üblichen Verfahrens verwendet wird, angebracht. Das Material wird unter den gleichen Bedingungen hinsichtlich Härtungszeit und Oberflächenhärtungstemperatur wie bei der Durchführung der üblichen Methode gehärtet.

Wie aus einem Vergleich von B und C gegenüber Λ in F i g. 2 hervorgeht, ist die Restzugspannung in der Nähe der gehärteten Zone merklich bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung herabgesetzt, wobei die Stelle, an welcher diese Restzugspannung erzeugt wird, nach außen verschoben ist, so daß eine Herabsetzung der Ermüdungsfestigkeit in der Nähe der Grenzfläche der gehärteten Zone verhindert werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann ferner in der Weise durchgeführt werden, daß parallel eine Erhitzungszone vorgesehen wird, deren Strom unabhängig auf beiden Seiten der Induktionsspule entsprechend der gehärteten Zone gesteuert werden kann. Ferner kann das zu härtende Material wiederholt in der Achsrichtung bei der Durchführung eines stationären Induktionserhitzens hin- und herbewegt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Induktions-Härtungs-Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit an der Grenze einer gehärteten Zone eines Stahls, dadurch gekennzeichnet, daß schrittweise der Wirbelstrom, der auf dem Material erzeugt wird, von der gehärteten Zone in Richtung auf die nichtgehärtete Zone herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule in Reihe auf beiden Seiten einer üblichen Induktionsspule entsprechend der Härtungszone angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Induktionsspule schrittweise nach der Außenseite hin größer gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Induktionsspule nach der Außenseite hin allmählich größer gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessungen der Induktionsspule nach der Außenseite hin allmählich größer gehalten werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule, deren Strom unabhängig gesteuert werden kann, parallel auf jeder Seite der Erhitzungsspule entsprechend der gehärteten Zone angebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu härtende Material wiederholt in einer stationären Induktionserhitzungseinrichtung hin- und herbewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu härtende Material aus einer geraden oder gekrümmten Achswelle für Eisenbahnwaggon-Achsen, einer Ankerachse, Walze oder Kurbelachse besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen