DE1947950C - Process for hardening rails - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Härten von Siahlsehienen im Wirbelbett.The invention relates to the hardening of Siahlia rails in a fluidized bed.

Es ist bekannt, daß das Härten von Stahlschienen in einem durch ein Gas aufgewirbelten pulveriormigen Feststoff durchgeführt werden kann. Es ist auch bekannt. dieses Wirbelbett auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen, um die jeweils gewünschte Härtung zu erreichen. Als pulverförmige Feststoffe dienen feuerfeste Oxyde, wie z. B. Korund. Kieselerde. Zirkon, kieselsaure Tonerde und Silicoaluminat. Als gas- iq lormiges Wirbelmittel wird stets Luft verwendet, um den Härteprozeß wenig aufwendig zu gestalten. Die durch die Aufwirbelung gebildeten Medien besitzen bekanntlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die eine gute Gleichmäßigkeit der Temperatur gewährleistet. Fs ist des weiteren bekannt, daß die Wärmeübergangszahl an der Grenzfläche zwischen dem Stahl und dem gewirbelten pulverförmiger! Medium verhältnismäßig hoch ist.It is known that the hardening of steel rails in a powdery fluid whirled up by a gas Solid can be carried out. It is also known. this fluidized bed to a certain temperature to be heated in order to achieve the hardening required in each case. Serve as powder solids refractory oxides such. B. Corundum. Silica. Zircon, silica and silicoaluminate. As a gas iq Lormiges vortexing agent is always used to make the hardening process less expensive. the Media formed by the fluidization are known to have a high thermal conductivity, which is a ensures good temperature uniformity. Fs is also known that the heat transfer coefficient at the interface between the steel and the swirled powdery! Medium relative is high.

Es wurde \crsucht. auf alle Parameter des Mediums jinzuwirken. um diese Wärmei.:bergangszahl weiter zu verbessern. Fs sind z. B. so verschiedenartige pulverförmige Medien wie Glas. Bronze und Kupfer vorgeschlagen worden, und man hat festgestellt, daß die optimalen Werte der Wärmeübcrgangszahl die gleiche Größenordnung bei all diesen Medien aufweisen, während das Aluminium oder das Blei geringere Werte besaßen. In der Praxis wird nur die Tonerde als Härtungsmedium verwendet und als Variante das von Luft .(.!!'gewirbelte Korund. Bekanntlich liegt das Abkühlungsvermögen dieses Härtemediums zwischen dem des '(ils und der Luft.It was searched for. on all parameters of the medium jin to act. around this heat coefficient: transition number further to improve. Fs are e.g. B. so diverse powder media such as glass. Bronze and copper suggested and it has been found that the optimal values of the heat transfer coefficient have the same order of magnitude for all these media, while the aluminum or the lead had lower values. In practice only the clay is considered Hardening medium is used and, as a variant, corundum swirled around by air this hardening medium between that of the des' (ils and the air.

Aus der LSA.-Patentschrift 3 053 704 sind Wirbelmedien aus Metallpulver:·!, wie z. B. Chrom. Fisen. Nickel. Molybdän. Wolfram und Ferrosilizium bckannt. die jedoch bei der Abkühlung von Schienen infolge zu geringer Wärmeleitfähigkeit keine für einen raschen Produktionsablauf befriedigende Abkühl ungsgcsclnvjndigkeitcn erbringen.From LSA. patent specification 3,053,704 are vortex media from metal powder: · !, such as B. Chromium. Fisen. Nickel. Molybdenum. Tungsten and ferrosilicon are used. However, when the rails cool down due to insufficient thermal conductivity, none for one rapid production process satisfactory cooling abilities provide.

I ine weitere Besonderheit der pulverförmigcn Medien besteht darin, daß sie im Ruhezustand und vor «ilern in nicht zusammengepreßtem Zustand nach Beendigung ties Wirbclvorgangs isolierende Eigenschaften aufweisen, nämlich geringe Wärmeleitfähigkeit und niedrige Wärmeübergangszahl an der Grenz- .»s fläche fester Stahl pulverförmiges Medium im Ruhezustand. Daraus ergibt sich, daß die pulvcrförmigen Medien durch einen sehr großen Unterschied bezüglich dieser beiden thermischen Eigenschaften bei «lcr Wirbelung und der Ruhelage gekennzeichnet sind. Die Folge ist. daß bei einer komplizierten Form der zu härlcndcn Teile oder bei großen Flächen, deren Berührungsflächen zur Horizontalen geneigt sind, das puKcrförmige Produkt sich auf diesen Stücken ruhig absetzen kann u.nl an diesen Stellen den Wärmeaus- ss tausch beträchtlich verringert. Somit ergibt sich bei diesen pulverförmigcn Medien in der Regel die Gefahr einer ungleichen Abkühlung mit all ihren Folgen.Another peculiarity of powder media consists in the fact that, when at rest and before, they follow in a non-compressed state Termination of the whirling process, insulating properties have, namely low thermal conductivity and low heat transfer coefficient at the limit. »s surface solid steel powdery medium at rest. It follows that the powdery Media by a very large difference in these two thermal properties «Lcr vortex and the position of rest are marked. The result is. that in the case of a complicated shape of the parts to be hardened or in the case of large surfaces, their contact surfaces are inclined to the horizontal, the puKcr-shaped product will rest on these pieces can settle u.nl at these points the heat ss exchange considerably reduced. This results in these powdery media are generally dangerous an uneven cooling with all its consequences.

Es wird jedoch in der französischen Patentschrift I 458 175 gezeigt, daß diese Eigenschaft bei der Vergiitung von Schienen genutzt werden kann, indem die Schiene horizontal und um ISO gedreht eingesetzt wird, und zwar so. daß der Kopf unten liegt und der Ftil.1 eine horizontale Ebene bildet, auf der sich das pulverförmige Material im Ruhezustand in Spitzkegel- fi< form absetzt. Durch diese Bedingungen wird versucht, die Wärmeabfuhr des Kopfes und des Fußes so auszugleichen, daft Verzerrungen vermieden werden. Bei einem gewirbelten pulverförmigen Medium aus Korund und Luft wurde jedoch ermittelt, daß das angestrebte Ergebnis überschritten wird, denn der Kop: kühlt sich im Gegensatz zum Abkühlungsvorgant unter üblichen Bedingungen schneller ab als der Fuß Es stellt sich somit die Präge nach einem Medium mit Zwischeneigenschaften, mit dem erreicht wird, daß zu jedem Zeilpunkt des Kühlvorgangs Gleichheil zwischen der mittleren Temperatur des Fußes und der des Kopfes besteht, so daß die Schiene ohne Verzerrung gehärtet wird und nach der Behandlung ihre Geradlinigkeit immer noch so gut ist, daß ein Richten nicht erforderlich ist.However, it is shown in the French patent specification I 458 175 that this property in the case of payment Can be used by rails by inserting the rail horizontally and rotated around ISO will be like this. that the head is down and the Ftil. 1 forms a horizontal plane on which the powdery material at rest in a pointed cone fi < form settles. These conditions try to balance the heat dissipation from the head and foot so that daft distortions are avoided. With a swirled powdery medium made of corundum and air, however, it was determined that the desired result is exceeded, because the head: In contrast to the cooling process, it cools down faster than the foot under normal conditions It is thus the embossing after a medium with Intermediate properties with which it is achieved that equality is achieved at every point in the cooling process between the mean temperature of the foot and that of the head, so that the splint without distortion is hardened and after the treatment its straightness is still so good that it can be straightened is not required.

Es war beim gegenwärtigen Stand de; Kenntnisse und im Vergleich zum Medium Korund-Luft kein pulverförmiges Wirbelhärtemedium für Stahl bekannt, das sowohl eine größere Abkühlungsgeschwindigkeit als auch eine geringere Verformung der Schienen durch das Härten gewährleistet. Diese Aufgabe ist besonders schwierig, da diese beiden Eigenschaften sich in der Regel widersprechen, denn durch eine raschere Abkühlung wächst die Anisothermie de* zu härtenden Stücks und infolgedessen erhöht sich die Gefahr einer Verformung.It was at the current state; Knowledge and in comparison to the medium corundum-air none powdery vortex hardening medium known for steel, both a greater cooling rate and less deformation of the Rails guaranteed by hardening. This task is especially difficult because of these two properties usually contradict each other, because the faster cooling increases the anisothermia de * to be hardened and, as a result, the risk of deformation increases.

Durch langwierige und kostspielige Forschungsarbeit ist es gelungen, diese Probleme mit Hilfe eine? Härteverfahrens im pulverförmigen Wirbelbett von Stahlschienen zu lösen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen in einem auf eine Temperatur von 100 bis 500 C eingestellten Wirbelbett gekühlt werden, dessen pulverformige Metallteilchcn mit Wasserdampf aufgewirbelt werden.Through lengthy and costly research it has been possible to solve these problems with the help of a? To solve the hardening process in the powdery fluidized bed of steel rails. The procedure is characterized by that the rails in a fluidized bed set at a temperature of 100 to 500 C. are cooled, whose powdery metal particles are whirled up with steam.

Als pulverförmige Medien kommen vor allem Metallpulver aus Chrom. Eisen. Nickel und oder die Legierungen dieser Metalle, wie Fcrrochrom. Ferrosilizium. Ferronickel. Eisenaluminium und Chrom-Nickcl-Legierungcn in Frage.Metal powders made from chrome are primarily used as powder media. Iron. Nickel and or the alloys of these metals, such as ferrochrome. Ferrosilicon. Ferronickel. Iron-aluminum and chromium-nickel alloys in question.

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich an den folgenden Verglcichsvcrsuchcn: Als Metallpulver diente einerseits Korund einer Korngröße von etwa 0.1 mm und andererseits Chrompulvcr einer Korngröße von 0.08 bis 0.18 mm. Die Aufwirbelung erfolgte im ersten Fall mittels Luft und im zweiten Fall mittels Wasserdampf. Das Wirbelbett wird auf eine Temperatur von 175 C eingestellt und unter günst icn VVirbclbcdingungcn betrieben.The advantages of the invention are shown in the following comparative tests: The metal powder used was corundum with a grain size of about 0.1 mm on the one hand and chromium powder with a grain size of 0.08 to 0.18 mm on the other. The fluidization took place in the first case by means of air and in the second case by means of steam. The fluidized bed is set to a temperature of 175 ° C. and operated under favorable conditions .

T,cr Behälter zur Aufnahme des aufzuwirbelnden Mediums besi'.zt eine kreiszylindrische Form und weist folgende Abmessungen auf: 6(K) mm Durchmesser (Innendurchmesser), 4(X) mm Höhe des Wirlielbctts. T, cr container to hold the fluid to be whirled up The medium has a circular cylindrical shape and the following dimensions: 6 (K) mm diameter (Inner diameter), 4 (X) mm height of the wire.

Die Stahlpriifslücke sind Rundstählc von 60 mm Durchmesser und 300 mm Länge. Sie bestehen aus culektoidcm. kohlenstoffhaltigem Stahl C = 0.85%. Mn — 0.3"o. Si ~ 0,3%. Zwei Thermoelemente sind in der Weise eingesetzt, daß die Schweißstelle im halben Durchmesser, gemessen an der Endfläche, liegt; die eine ist in Achsrichtung, die andere in der Nähe der Oberfläche angebracht. Die Prüfstücke werden entweder in senkrechter oder in waagerechter Stellung gehärtet, (in letzten Fall befindet sich das an der Oberfläche angebrachte Thermoelement in der Nähe des Punktes mit senkrechter Berührungsfläche.The steel gaps are round bars of 60 mm Diameter and 300 mm length. They consist of culektoidcm. carbon steel C = 0.85%. Mn - 0.3 "o. Si ~ 0.3%. Two thermocouples are used in such a way that the weld is in half Diameter, measured at the end face, is; one is in the axial direction, the other near the Surface attached. The test pieces are either in a vertical or in a horizontal position hardened, (in the latter case this is on the surface attached thermocouple near the point with vertical contact surface.

JaU* Stahlstiick wird bei 900¹C aiistcnitisierl. Die Auflieizdauer im Muffelofen beträgt 45 Minuten und die Zeit, in der die Temperatur konstant gehalten wird. 30 Minuten (Gesamtzeit 75 Minuten). Das Prüfstück wird anschließend im gewirbelten pulverförmigcn Mc- JaU * steel piece is aiistcnitized at 900 ¹ . The heating time in the muffle furnace is 45 minutes and the time in which the temperature is kept constant. 30 minutes (total time 75 minutes). The test piece is then placed in a whirled powdery Mc-

dium bei 175 C gehärtet, und es werden die Temperaturen in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet.dium hardened at 175 C, and the temperatures recorded as a function of time.

Die Abkühlungszeiten werden entweder von der Ausdrückzeit (90(TC) oder aber von dem Zeitpunkt an gerechnet, in dem das Thermoelement 800 C anzeigt. Die Abkühlungszeiten werden für die verschiedenen Temperaturen im Inneren des Prüfstücks (650. 600. 500. 400 C) ermittelt. Die von 800C an bestimmten Zeiten sind genauer.The cool down times are either based on the pressing time (90 (TC)) or from the point in time calculated in which the thermocouple shows 800 C. The cool down times are different for the Temperatures inside the test piece (650, 600, 500, 400 C) were determined. Those from 800C onwards Times are more accurate.

Das Zeichen r, das diese Zeit in Minuten angibt, wird mit einer Kennzahl 1 oder 2 belegtje nachdem, ob die Härtung in dem Medium Korund-Luft oder in dem Medium Chrom-Wasserdampf erfolgt. Es werden die Unterschiede und relativen Erfolgszahlen in Prozent berechnet. Die Ergebnisse werden in den Tabellen I, Jl. III und IV wiedergegeben. Sie betreffen die waagerecht angeordneten Prüfstücke mit Thermoelement in der Mitte, die senkrecht angeordneten Prüfstücke mit Thermoelement im Inneren und die senkrecht angeordneten Prüfstücke mit Thermoelement an der (Iberfläche der Prüfstücke.The character r, which specifies this time in minutes, is assigned a code 1 or 2, depending on whether the hardening takes place in the medium corundum-air or in the medium chromium-steam. It will be the Differences and relative success numbers calculated in percent. The results are given in Tables I, Jl. III and IV reproduced. They concern the horizontal arranged test pieces with thermocouple in the middle, the vertically arranged test pieces with thermocouple inside and the vertically arranged test pieces with thermocouple on the (Surface of the test pieces.

Tabelle ITable I.

bis 650up to 650 CC. Korund-Corundum- W ;t>scr- W ; t> scr- t'hroin-t'hroin- Ί " '■Ί "'■ HHl '■'—'--
ΊHHl '■'—'--
Ί 600600 Luftair d.unpf ,d.unpf, 500500 CC. __ί___ί_ l_: l _: dampfsteam 3232 von 900from 900 400400 CC. 4.44.4 3 '■ 3 '■ /
-/
- 2828 bis 650up to 650 CC. 55 3.63.6 1.41.4 2626th 600600 CC. 6.56.5 4.84.8 17' :17 ': 500500 CC. 7.47.4 6.16.1 3.H3.H 3434 »im SOO»In the SOO 400400 CC. 3.23.2 2.12.1 4.44.4 30'30 ' 3.83.8 2.72.7 0.60.6 2626th 5.35.3 3.93.9 1.41.4 1616 6.26.2 5.25.2 \\ .4.4 Tabelle IITable II 3.83.8 .4.4 .7.7 bis 650up to 650 CC. kornndgraining .3.3 KK) ' -KK) '- 6(K)6 (K) CC. I uilI uil .1.1 500500 CC. /,/, .1.1 17':17 ': 1 on 9(X)1 on 9 (X) 400400 (( 1.71.7 .4.4 2121 bis 650up to 650 CC. 2.82.8 2525th 600600 CC. 5.15.1 2727 500500 CC. 6.16.1 5050 Von SOOFrom SOO 400400 CC. 1.21.2 39¹ ;39 ¹ ; 2.32.3 I, i, I, i, 3535 4.64.6 3232 5.65.6 0.30.3 0.60.6 1.31.3 1.71.7 0.60.6 0.90.9 1.61.6 .S.S

3535

Korund-
1-iifi
I₁ Corundum-
1-iifi
I ₁ Chrom-
Wiisscr-
ilampl
I, Chrome-
Knowledgeable
ilampl
I, ΓΓ TT Chromchrome ΓΓ 1.51.5 Ί-'2Ί-'2 im '' - ^h im '' - ^h 3939 2525th 3,33.3 22 3.43.4 dampf
I, steam
I, 2.32.3 1,31.3 ι,ι, 4444 3232 von SOU bis 650 Cfrom SOU to 650 C 3.93.9 5.15.1 3.43.4 1,71.7 3838 3333 600 C600 C 4,74.7 -i 9-i 9 6.96.9 4.44.4 1.81.8 3939 3636 500 C500 C 6,56.5 44th 1.51.5 0.90.9 2,52.5 4040 400 C400 C Tabelle IVTable IV 2.92.9 1.71.7 5252 Korund-Corundum- 4.64.6 2.82.8 HXl '" ~ ^h HXl '"~ ^h 3939 Luft
/,air
/, 6.46.4 1 τ, 1 τ, '. -h '. -H ΊΊ 40'',40 '', 0.50.5 1.11.1 von 900 bis 650 Cfrom 900 to 650 C. 1.71.7 600 C600 C 2.52.5 500 C500 C 0.60.6 400 C400 C 1,21.2 \ on SOO bis 650 C\ on SOO to 650 C 1.81.8 600 C600 C 3.13.1 500 C500 C 400 "C400 "C

Da die Erhitzung der Prüfstücke jeweils im Muffelofen und mit einer recht langen Erhitzungsdauer er folgt, ist die Oxydierung an der Oberfläche nicht unbeträchtlich, so daß sich die Wärmeübergangszahl senkt und die relativen Unterschiede zwischen den einzelnen Abkühlungsmedien verringert werden.Trotzdem bleibt der Erfolg sehr ausgeprägt und beweist den Vorteil des Mediums Chrom-V/asiierdampf.As the test pieces are heated in the muffle furnace and with a rather long heating time follows, the oxidation on the surface is not inconsiderable, so that the heat transfer coefficient and the relative differences between the individual cooling media are reduced the success remains very pronounced and proves the advantage of the medium chromium vapor.

Die relativen Erfolge in Prozent sindThe relative successes in percent are

100100

f. - h f. - h

40 beim übergang vom Medium Korund-Luft zum Medium Chrom-Wasserdampf in der Tabelle V wicdercegcbcn. 40 at the transition from the medium corundum air to the medium chromium water vapor in Table V.

Tabelle VTable V

Die Werte vonThe values of

100100

werden von einer Temperatur von 800 C an berechnet. are calculated from a temperature of 800 C.

Ausrichtung des /jlinders ιAlignment of the / jlinders ι

wiiaticrcchl j senkrecht I Lage des Thermoelementswiiaticrcchl j perpendicular I Position of the thermocouple

innen !Oberfläche innen j< Jherfliiche Bezug auf die vorangehenden Tabellen inside! surface inside j < Reference to the preceding tables

Tabelle IfITable IfI

von 900 bis 650' C
600 C
5(K)"C
4(X) Cfrom 900 to 650 ° C
600 C
5 (K) "C.
4 (X) C

Konind-I.MMKonind-I.MM

3.8
4,43.8
4.4

5.2
7,05.2
7.0

Chrom-Wasser dumpfChrome water dull

2.8
32.8
3

3.7
4.83.7
4.8

1.41.4

1.51.5

2.22.2

26
32
29
31 Optimaler Wert ..
Mittlerer Wert 26th
32
29
31 Optimal value ..
Average value

34
26.534
26.5

50 3950 39

UlUl

44 4044 40

52 45,452 45.4

Λ S Man sieht, daß der Erfolg recht beträchtlich ist. Bei Stählen mit C = 0.85% und Mn = 1,85% reicht der übergang vom Medium Korund-Luft zum Medium Chrom-Wasserdampf aus. um von einer zu 70% perlitischcn Struktur zu einer vollständig gehärteten martensitischen Struktur zu gelangen (je nach WunschΛ S You can see that the success is quite considerable. at For steels with C = 0.85% and Mn = 1.85%, the transition from the medium corundum-air to the medium extends Chrome water vapor off. to go from a 70% pearlitic structure to a fully hardened one martensitic structure (as desired

entsprechend der Tauchzeit vor der endgültigen Abkühlung auf Umgebungstemperatur).according to the immersion time before the final cooling down to ambient temperature).

Als Beispiel sei angeführt, daß Rundstähle mit denselben Abmessungen wie vorstehend, jedoch mit 2 Stahlhärten aus'legiertem Stahl A und B bei 900 C bei einer Gesamterhitzungsdauer von 75 Minuten austenitisiert wurden. Sie wurden senkrecht in dein pulverförmigen gewirbelten Medium Chrom-Wasserdampf bei 170"C gehärtet, 4 Minuten getaucht und anschließend in ruhiger Luft abgekühlt. Nach einem Schnitt in der Mitte eines Rundstahls wurden die Härten längs des Querschnitts gemessen. Diese wird in Rockwelleinheiten (J?i--Kegel) ausgedrückt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle VI wiedergegeben.As an example it should be mentioned that round bars with the same dimensions as above, but with 2 steel hardening of alloy steel A and B at 900 C with a total heating time of 75 minutes were austenitized. They were swirled vertically in the powdery medium of chrome-water vapor Hardened at 170 "C, immersed for 4 minutes and then cooled in calm air. After a Cut in the middle of a round bar, the hardnesses were measured along the cross-section. This will Expressed in rock wave units (J? i - cone). The results are given in Table VI.

Tabelle VI
Rockwell-Härte Rc nach Härten des StahlsTable VI
Rockwell hardness Rc after hardening of the steel

Zuto

inu.icriict/uniiinu.icriict / unii

* Si;thK* Si; thK

C .
Mn
Cr
W. .
Si ..C.
Mn
Cr
W.
Si ..

i,osi, os

1.801.80

ftc-Härte an der Ober-!ftc hardness on the top!

fläche : 55 bis 51area: 55 to 51

Rc-Hiinc im Inneren . . i 57 Rc-Hiinc inside. . i 57

i .05
0.35i .05
0.35

0,350.35

55 bis 5355 to 53

55'/,55 '/,

Man sieht, daß die Härteschwankungen längs des Radius sehr gering sind und denen entsprechen, die man normalerweise unter Berücksichtigung zufälliger Schwankungen bei einem Kokillenstahl oder Stabstahl erreichen kann.It can be seen that the hardness fluctuations along the radius are very small and correspond to those that one normally taking into account random fluctuations in a mold steel or bar steel can reach.

Dieselben Stähle A und B. die unter denselben Bedingungen austenitisiert und anschließend in ein Medium Korund-Luft bei 170 C getaucht wurden, nehmen die Härtung nicht an. Die 7?r-Härtc bleibt zwi-Ketten 28 und 36 im Inneren und 30 und 40 auf der Oberfläche.The same steels A and B. which are austenitized under the same conditions and then in a medium Corundum air were immersed at 170 C, do not accept the hardening. The 7? R-hardness remains between chains 28 and 36 on the inside and 30 and 40 on the surface.

Es wurden Versuche mit selbsthärtcndem Stahl tiurchgefijhrt, um in dem betreffenden Temperaturbereich keine »Glattstellungen« zu haben. Es wurde Im Prüfstücken derselben Größe mit einem Thermoelement im Inneren gearbeitet, und die Prüfstücke tvurden in senkrechter Lage gehärtet. Die Austenitiiicrung erfolgte jeweils bei 900 C, und während ücs Härtens wird die Temperatur aufgezeichnet und die fceiten bis zur Erreichung einer Temperatur entweder ♦on 700 oder von 800 C vermerkt. Es werden verfliehen: das Härten mit Luft und mit öl in beiden 'allen bei Umgebungstemperatur— sowie das Härten Im pulverförmigen Medium Chrom-Wasscrdampf bei 140C. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII wiedergegeben :Tests have been carried out with self-hardening steel in order to be able to operate in the relevant temperature range to have no "closeouts". It was placed in test pieces of the same size with a thermocouple worked inside, and the test pieces were hardened in a vertical position. Austenitization took place in each case at 900 C, and during curing, the temperature is recorded and the Wait until a temperature of either 700 or 800 C is reached. The following are lost: hardening with air and with oil in both - all at ambient temperature - as well as hardening In a powdery medium, chromium water vapor at 140C. The results are given in Table VII :

Tabelle VIITable VII

Mediummedium ArIArI TcmpcralurTcmpcralur übergang vontransition from 9(10 auf 500 C9 (10 at 500 C 1 0601 060 Luft air ("C)("C) 900 auf 700 C900 to 700 C Chrom-Chrome- 2828 ' Zeil (in Minuten)'Zeil (in minutes) Wasser*Water* 340340 120120 dampf ...steam ... 100100 öl oil 140140 2828 6060 5050

Man sieht, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit des pulverförmigen Mediums, das mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 140 C gewirbelt wird, der eines Ölbades bei Umgebungstemperatur sehr nahe knmmt, was ein bemerkenswertes Ergebnis darstellt.It can be seen that the cooling rate of the powdery medium that is swirled with water vapor at a temperature of 140 C, the one Oil bath at ambient temperature is very close, which is a remarkable result.

Des weiteren ermöglicht die Erfindung nicht nur die Verbesserung der Abkühlungskapazilät des Mediums und dadurch der Härteeigenschaften des Stahls, sondern auch eine Vermeidung der Anisothermie und die bei der Härtung auftretenden Verformungen bei Schienen, die gemäß französischem Patent 1 458 157 behandelt worden sind.Furthermore, the invention not only enables the cooling capacity of the medium to be improved and thereby the hardness properties of the steel, but also avoidance of anisotherm and the deformations that occur during the hardening of rails, which according to French patent 1,458,157 have been treated.

Bei Abkühlung einer Schiene unter den üblichen Bedingungen in freier Luft kühlt der Fuß, dessen Ober-When a splint cools down under the usual conditions in the open air, the foot, whose upper part

i.s fläche doppelt so groß ist wie die des Kopfes, erheblich schneller ab. Zwischen dem Kopf und dem Fuß hat diese Anisothermie LVerschiede sowohl bei den thermischen Kontraktionen bei der Abkühlung als auch der Ausdehnung bei der Transformation zur Folge. Da die verschiedenen Teile starr miteinander verbunden sind, ergeben sich daraus Spannungen, die sich durch Fließen im Bereich der oberen Temperaturen mehr oder weniger geben, die jedoch bei niedrigen Temperaturen bei denen das Metall starr ist.i.s area is twice as large as that of the head, considerable faster. Between the head and the foot, this anisotherm has differences in both the thermal contractions during cooling as well as expansion during transformation to Consequence. Since the various parts are rigidly connected to one another, this results in tensions that by flowing in the range of the upper temperatures give themselves more or less, which however at lower ones Temperatures at which the metal is rigid.

2s ständige Verformungen zur Folge haben. Bekanntlich kühlt die Schiene beim Verlassen der Walze auf einem Rost und nimmt bei der dabei erfolgenden Verformung die Form einer Säbelklinge an. Um der Ausbildung der Kurve zu begegnen, wird die Schiene während2s result in permanent deformation. As is well known cools the rail when it leaves the roller on a grate and takes on the deformation that takes place the shape of a saber blade. To counter the formation of the curve, the rail is during

.ίο dieser Abkühlung in der Weise geklammert, daß sie geradlinig gehalten wird. Die thermischen Kontraktionen gleichen sich im Bereich der hohen Temperaturen durch Fließen nach anderen Bereichen aus. während gegen Ende des Abkühlungsvorgangs der.ίο this cooling bracketed in such a way that it is kept straight. The thermal contractions are the same in the area of high temperatures by flowing to other areas. while towards the end of the cooling process the

.15 Stahl »erstarrt«, so daß die Richtung der verbleibenden Spannungen durch die letzten Augenblicke der Abkühlung gegeben ist. Da sich der Kopf als letzter abkühlt, neigt er zur Kontraktion, und da er dies nicht tun kann, wird er der Sitz von Dohnungsspannungen..15 Steel "solidifies", so that the direction of the remaining tensions through the last moments of cooling given is. Since the head is the last to cool down, it tends to contract, and since it does not can do, he becomes the seat of tension.

Wenn nach dem Abkühler, die Klammern entfernt werden, zieht sich der Kopf zusammen und verformt die Schiene elastisch bis zum inneren Gleichgewicht der Spannungen. Die Lauffläche des Kopfes wird konkav und die Stützfläche des Fußes konvex.When after the cooler, the brackets are removed the head contracts and deforms the splint elastically until it reaches inner equilibrium of tensions. The running surface of the head becomes concave and the supporting surface of the foot becomes convex.

4.S Wird die Schiene gehärtet und nicht in ruhiger Luft abgekühlt, so wächst natürlich die Anisothermie in dem Material ebenso, wie die Verformungen stärker werden, Um nun sowohl das Härten zu gewährleisten als auch die räumliche Anisothermie während des Abkühlungsvorgangs zu beseitigen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt, die die Bedeutung der Erfindung unterstreichen.4.S Is the splint hardened and not in calm air When cooled down, the anisothermal energy in the material naturally grows, as does the deformations stronger In order to ensure both the hardening and the spatial anisotherm during the cooling process To eliminate it, the following experiments were made which underscored the importance of the invention underline.

Es wurden 30 cm lange Schienenstücke aus Thomasstahl de:, Typs SNCF Vignole (französische Staatsbahn) mit einem Gewicht von 50 kg/m ausgewählt. An jedem Teilstlick wurde ein Thermoelement durch Heißlötung und ein weiteres im Inneren des Fußes angebracht. Diese Teile wurden bei 900⁰C gleichzeitig austenitisiert und in verschiedenen Medien gehärtet. Von einer Ausnahme abgesehen, wurden die Schienen horizontal in um 180⁰C gedrehter Lage gehärtet, Der Rollweg auf dem unteren Teil und der Fuß bilden dabei eine horizontale Ebene. Die einzige Ausnahme bestand in einem renkrechten Eintauchen der Schiene. Es wurden die Abkühlungskurven aufgezeichnet. Diese Kurven erfassen die Zeit, nach der die mittlere Temperatur zwischen beiden Thermoelementen 500⁰C erreicht wurde, den 'Temneritturunit>r*r>Uir>A »um«.!»«30 cm long pieces of rail made of Thomasstahl de :, type SNCF Vignole (French State Railways) with a weight of 50 kg / m were selected. A thermocouple was attached to each part by hot soldering and another inside the foot. These parts were ^{austenitized at 900 °} C. at the same time and hardened in different media. With one exception, the rails were ^{hardened horizontally in a position rotated by 180 °} C. The taxiway on the lower part and the foot form a horizontal plane. The only exception was the vertical immersion of the rail. The cooling curves were recorded. These curves record the time after which the mean temperature between the two thermocouples has reached 500 ⁰ C, the 'temneritturunit> r * r>Uir> A "around".! ""

den beiden Thermoelementen und die am stärksten erhitzte Seite. Die Ergebnisse sind auf Tabelle VIII sviedcrgegcben.the two thermocouples and the most heated side. The results are shown on Table VIII sviedcrgegcben.

Tabelle VIIITable VIII

.agc ilcr
Schiene.agc ilcr
rail

waagerecht
waagerecht
waagerecht
waagerechthorizontal
horizontal
horizontal
horizontal

waagerechthorizontal

senkrechtperpendicular

!Tem K^c"'| Ι'·»>|*··<BeschalTcn- I pem-i ^m !t»r<lt"*eren- ! Tem K ^c "'| Ι'·»> | * ·· < BeschalTcn- I pem-i ^m ! T »r <lt" * eren-

hcithcit

türdoor

ruhige Luft | 25
Korund-Luft j 25
Korund-Luft j 175
Chrorti-Wasscrdampf
Chrom-Wasser
dampf
Chrom-Wasser
dampfcalm air | 25th
Corundum air j 25
Corundum air j 175
Chrorti water vapor
Chrome water
steam
Chrome water
steam

( C)(C)

75
17075
170

6.51 1106.51 110

5.55.5 66th 175175 55 77th 140140 2.52.5 155155 175175

stärkten
crhii/te
Seile·"!strengthened
crhii / te
Ropes · "!

4 -4 -

KoprCopr

FuD
FußFuD
foot

FuDFuD

! FuD! FuD

Kopfhead

*l /eil. nach der das MiUeI der Tcnipcrauiren beidrr Thermoelemente *W> C betrügt
**) Differenz /wischen den beiden I hcrmoclemcnlcn na· h dieser* l / eil. according to which the average of the temperature of both thermocouples is W> C
**) Difference / between the two I hcrmoclemcnlcn near this

Zeit. ···) Nach dieser /cn Time. ···) After this / cn

xoxo

Es lassen sich aus den vorangehenden Ausführungen bzw. der Tabelle folgende Schlüsse ableiten:The following conclusions can be drawn from the preceding explanations and the table:

- Im Durchschnitt kühlt das staubförmige. gewirbelte Medium Chrom-Wasserdampf bei derselben Temperatur von 175 C rascher ab als das Medium Korund-Luft.- On average, the powdery one cools. swirled medium chromium water vapor at the same Temperature of 175 C faster than that Medium corundum air.

- Im Mittel kühlt das Medium Chrom-Wasserdampf bei 140 C genauso rasch wie das Medium Korund-Luft bei Umgebungstemperatur ab.- On average, the medium chromium water vapor cools just as quickly at 140 C as the medium Corundum air at ambient temperature.

- Der Kopf der Schiene, der bei einer Masse derselben Größenordnung wie die des Fußes nur eine in etwa halb so große Fläche aufweist, kühlt weniger rasch ab als der Fuß bei natürlicher Abkühlung in freier Luft (die gleiche Feststellung trifft für die Schiene beim Verlassen der Walze zu) und bei senkrechter Lage im pulverformigen. mit Wasserdampf bei 175"C gewirbelten Chrommedium. Der Unterschied ist am größten bei diesem letzteren Medium, denn es kühlt in der kürzesten Zeit und trägt der auf das Profi' zurückgehenden Asymmetrie Rechnung.- The head of the rail, that of a mass of the same The size of the foot, which has an area roughly half the size, cools less rapidly than the foot when it naturally cools in the open air (the same observation applies to the rail when leaving the roller) and in the case of a vertical position in the powdery. With Water vapor at 175 "C swirled chrome medium. The difference is greatest at this latter medium, because it cools in the shortest possible time and carries that which goes back to the professionals' Asymmetry bill.

-Wenn die Schiene waagerecht und um ISO C cedreht in einem pulverformigen Medium gehärtet wird, ist die Richtung des Temperatur-Unterschieds umgekehr'. Dies ist auf die Böschung des Pulvers im Ruhestand zurückzuführen, das sich auf der horizontalen oberen Fläche des Fußes absetzt. _-If the rail is horizontal and around ISO C cturned is hardened in a powdery medium, is the direction of the temperature difference reverse '. This is due to the slope of the retired powder that settles on the horizontal upper surface of the foot. _

- Bei dieser Stellung der Schiene ist der I env f*> peraturunterschied beim Medium Chrom-Wasserdampf weit geringer als beim Medium Korund-Luft, und zwar unabhängig von der Temperatur dieser Medien.- In this position of the rail, the I env f *> temperature difference with the medium chromium-steam is far lower than with the medium corundum-air, regardless of the temperature of these media.

-Bei dieser Stellung der Schiene ist der Tem- (>> peraturunterschied bei dem Medium Korund-Luft bei 175⁼ C geringer als beim Medium Korund-Luft bei Umgebungstemperatur.-In this position, the rail is the tem- (>> peraturunterschied in the medium corundum air at 175 ⁼ C lower than in the medium corundum air at ambient temperature.

Hei dieser Stellung der Schiene und bei An Wendung des Mediums Chmm-Wasserdamp bleibt der Temperaturunterschied gering, und zwar unabhängig davon, ob das Medium auf 175 oder 140" C erhitzt ist.In this position of the rail and when using the medium Chmm water vapor the temperature difference remains small, regardless of whether the medium is at 175 or 140 "C is heated.

Somit IaDt sich sagen, daß bei einer um ISO gedrehten Schiene in waagerechter Lage das Me dium Chrom-Wasserdampf bei 140 C di« lern pcraturuntcrschiede beseitigt und dabei für ein sehr starke Abkühlung sorgt. Kein bekannte Medium weist diese bemerkenswerte Eigenschaft auf.So I can say that with an ISO From the turned rail in a horizontal position, learn the medium of chromium steam at 140 ° C Pcratururschiede eliminated and thereby ensures a very strong cooling. Not a known one Medium exhibits this remarkable quality.

Die vorangeherden Versuche betreffen Schienen aus der laufende» Fabrikation mit C 0.45¹V Mn 1.5%. so «laß bei diesen Medien der Stahl nicht ge här'et wird. Aus den Abkühlungskurven ist die ther mische Anomalie odtr die auf die perlitische Um formung zurückführende Glättung zu ersehen. Selbst verständlich verschwindet sie vollständig bei Stählen mit größerem Karbidgehalt und höherer Legierun wie denen der Tabelle VI.The previous tests concern rails from the current production with C 0.45 ¹ V Mn 1.5%. so do not let the steel harden with these media. The thermal anomaly or the smoothing attributable to the pearlitic deformation can be seen from the cooling curves. It goes without saying that it disappears completely in steels with higher carbide content and higher alloys such as those in Table VI.

F.* sei noch bemerkt, daß jedesmal dann, wenn ein Anisolhcrmic vorliegt, eine Verformung der Schien erfohjif und daß nur das ί intaiichen in das neue ge wirbelte pulverförmigc Medium Chrom-Wasserdamp in waagerechter I age der um ISO gedrehten Schien nach vollständiger Abkühlung auf Umgebungstem peratur eine geradlinige, verformungsfreie Schien ergibt, wenn bei Beginn des F.intauchcns der Schien die Temperatur homogen warF. * it should also be noted that every time a Anisolhcrmic is present, a deformation of the rails and that only the ί intaiichen in the new ge swirled powdery medium chrome-steam in the horizontal position of the rails rotated by ISO a straight, deformation-free rail after it has completely cooled down to ambient temperature results if the temperature was homogeneous at the beginning of immersion of the splint

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das ge wirbelte pulverförmige Medium Chrom-Wa.sserdamp diese zweifache F.igenschaft besitzt, die zugleich paradox und widersprüchlich anmutet und die darin be steht, eine raschere Abkühlung der eingetauchten Teile zu bewirken und Verformungen bei einwandfre ausgerichteten Schienen zu vermeiden.In summary it can be said that the ge swirled powdery medium chrome-water vapor possesses this twofold property, which at the same time is paradoxical and appears to be contradictory and that consists of a faster cooling of the immersed Effecting parts and avoiding deformation with properly aligned rails.

Mit anderen Worten, dieses Medium besitzt /wc F.igenschaften. nämlich eine weit höhere Härtefiihie kcit. und es vermeidet Verformungen, wie sie sons beim Härten von Schienen auftreten. Darüber hinan besitzt es eine ausreichende Härtefähigkeit für die jenigen Stahllegierungen, die in einem Medium Ko rund-Luft sich nicht härten lassen, wobei Verfor mungen beim Härten entfallen.In other words, this medium has / wc F. properties. namely a much higher hardness level kcit. and it avoids deformations like them occur when hardening rails. In addition, it has sufficient hardness for the those steel alloys that cannot be hardened in a Ko round air medium, whereby Verfor There is no need for hardening.

Weitere Versuche, über die an dieser Stelle nicht be richtet wird, da die Ergebnisse sich mit denen de« pu! verförmigen Mediums Chrom-Wasserdampf decken haben gezeigt, daß das Chrom durch eines der bereit eingangs erwähnten Metalle ersetzt werden kann.Further attempts, which are not discussed at this point is directed, since the results correspond to those de «pu! Deforming medium chromium-water vapor cover have shown that the chromium is prepared by one of the metals mentioned at the outset can be replaced.

Im Rahmen der Erfindung kann der Wasserdamp durch ein aus der Reaktio· von Niethan, Erdgas od Kokereigas mittels überschüssigem Wasserdampf ent standenes Gas ersetzt werden, das neben W^sserdam herstellungsbedingte Verunreinigungen an Wasse stoff und Kohlendioxyd und gegebenenfalls Stickstof und oder Spuren von Kohlenoxyd enthilt. Wem nämlich dem Dampf eine kleine Menge Methan ζ. Β in Form von Erdgas oder Kokereigas zugesetzt λ in: und wenn gemäß den folgenden Formeln die Um wandiung des Methans im heißen Zustand vonstattei geht, wobei die Reaktion 1 sich von ImVs nach recht entwickelt.In the context of the invention, the water vapor by an ent from the reaction of niethane, natural gas or coke oven gas by means of excess steam standing gas must be replaced, which in addition to W ^ sserdam production-related contamination of hydrogen and carbon dioxide and possibly nitrogen and or contains traces of carbon monoxide. Whom namely, a small amount of methane in the steam ζ. Β added in the form of natural gas or coke oven gas λ in: and if according to the following formulas the conversion of the methane takes place in the hot state goes, with reaction 1 differing from ImVs to right developed.

CH₁-^- 2H₂O ^= CO₂ + 4H₂ diCH ₁ - ^ - 2H ₂ O ^ = CO ₂ + 4H ₂ di

und schließlich diese Produkte wie folgt mit W^:asseand finally these products as follows with W ^: asse

209 622/24;209 622/24;

mi Gleichgewicht stehen:standing with balance:

CO₂ f U₁ ■■-■ (O ' H₂O (21CO ₂ f U ₁ ■■ - ■ (O 'H ₂ O (21

»o verläuft dann bei Vorhandensein eines grollen Wasserdampfüherschusses die vorsiehende Reaktion 2 »on rech·;*· nach links, so dall nur Kohlenoxydspurcn vorhanden iind Bei dieser bekannten Reaktion verbessert ein zwischen dem Wasserdampf vor seinem Eintritt in den Reaktor und dem aus dem Reaktor austretenden Gas vorgesehener Wärmeaustauscher die Wärmebilanz. Die Umwandlung kann in katalytischem, gewirbeltem pulverförmigem Medium aus Nickel und durch Erhitzen über in dieses Medium eingetauchte Rohre vorgenommen werden, wie ebenfalls bekannt ist. Es braucht keine Trennung der Reaktionsprodukte vorgenommen zu werden, so daß das Verfahren störungsfrei verläuft und in sehr einfachen Vorrichtungen durchgeführt werden kann. Es reicht der Zusatz geringer Mengen an Methan, Erdgas oder Kokereigas aus, um mit geringem Aufwand ein an Wasserdampf reiches Gasgemisch zu erhalten, das stark verbesserte Abkühlungseigenschaften aufweist. Zur Frage der Temperatur des Wirbelbettes ist abschließend /u bemerken, daß Tür das Verfahren alle für die metallurgische Behandlung angestrebten Temperaturen zwischen 100 und 500⁰C in Betracht kommen. Es kann dies z. B. eine Temperatur sein, die nur wen'^ über der Temperatur Mx zu Beginn der martenisitischen Umwandlung des betreffenden Stahls liegt, wenn eine abgestufte martenisitische Härtung bei einem Mindestmaß an Verformung und Restspanhungen durchgeführt werden soll. Es kommt auch eine etwas niedrigere Temperatur in Frage, wenn die kritische Härtegeschwindigkeit dies erfordert. Wenn eine isotherme Umwandlung beabsichtigt ist, kann die Temperatur etwa 420° C betragen, die z. B. der maximalen Umwnndlungsgeschwindigkeit entspricht. < die jedoch je nach Stahlzusammensetzung leicht verändert werden kann, Mine Temperatur zwischen 420 und 5CXVC' kann auch angewandt werden, wenn eine geringere Härte als im vorangehenden Fall erreicht werden soll.If a large amount of water vapor is present, the prevailing reaction then runs to the right, so that only traces of carbon are present Gas heat exchanger provided the heat balance. The conversion can be carried out in a catalytic, whirled powdery medium made of nickel and by heating via tubes immersed in this medium, as is also known. There is no need to separate the reaction products, so that the process runs smoothly and can be carried out in very simple devices. The addition of small amounts of methane, natural gas or coke oven gas is sufficient to obtain a gas mixture rich in water vapor with little effort and which has greatly improved cooling properties. Concerning the question of the temperature of the fluidized bed, it should be noted in conclusion that all temperatures between 100 and 500 ^° C. aimed for the metallurgical treatment can be considered for the process. It can do this e.g. B. be a temperature that is only a few '^ above the temperature Mx at the beginning of the martensitic transformation of the steel in question, if a graded martensitic hardening is to be carried out with a minimum of deformation and residual stresses. A slightly lower temperature can also be used if the critical hardening speed requires it. If isothermal conversion is intended, the temperature may be about 420 ° C, e.g. B. corresponds to the maximum conversion speed. <which, however, can be changed slightly depending on the steel composition, mine temperature between 420 and 5CXVC 'can also be used if a lower hardness than in the previous case is to be achieved.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Härten voi\ Schienen durch rs Abschrecken derselben in einem aus Metallpulver1. Procedure for hardening the rails rs quenching them in a metal powder bestehenden Wirbelbett, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen in einem auf eine Temperatur von ICX) bis 5(X)⁰C eingestelltem Wirbelbett gekühlt werden, dessen pulverförmige Metallteilchen mit Wasserdampf aufgewirbelt werden.existing fluidized bed, characterized in that the rails are cooled in a fluidized bed adjusted to a temperature of ICX) to 5 (X) ⁰ C, the powdery metal particles of which are whirled up with steam. 2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver solche aus Chrom. F.isen, Nickel und oder die Legierungen dieser Metalle, wie Ferrochrom. Ferrosilizium, Ferro-2. The method according to claim I. characterized in that the metal powder is made of chromium. Iron, nickel and / or the alloys of these metals, such as ferrochrome. Ferrosilicon, ferro- J5 nickel, Eisenaluminium und Chrom-Nickcl-Lcgierungen dienen.J5 nickel, iron-aluminum and chromium-nickel alloys are used. 3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus der Reaktion von Methan, Erdgas oder Kokereigas mittels über-3. The method according to claim I and 2, characterized in that one from the reaction of Methane, natural gas or coke oven gas by means of VJ schüssigem Wasserdampf entstandenes Gas verwendet wird, das neben Wasserdampf herstellungsbedingte Verunreinigungen an Wasserstoff und Kohlendioxyd und gegebenenfalls Stickstoff und/ oder Spuren von Kohlenoxyd enthält.VJ schüssigem water vapor produced gas is used, which in addition to water vapor production-related impurities of hydrogen and Contains carbon dioxide and possibly nitrogen and / or traces of carbon dioxide.