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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.
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Process for the heat treatment of workpieces made of high-manganese steel.
So far, workpieces made of manganese steel with about 10-15% manganese have been heated to about 10,000 C and completely quenched in water, which gives them a hardness of about 200-230 on all sides (instead of before
280-300) Brinell. However, this type of quenching is not suitable for a large number of workpieces, especially not for those that are subjected to pressure on one side and at the same time to heavy wear. So z. B. in breech jaws, the crushing teeth are very hard (pressure and wear-resistant), while their back must have great toughness, so that no cracks and breaks occur in the heavy use in the crusher.
As tests have now shown, it is possible to treat manganese hard steel pieces in such a way that only the part remains hard which is simultaneously subjected to pressure and wear, while the remaining part of the piece becomes tough. This is achieved in that only the parts of the piece that are exposed to pressure and wear (the actual working parts) are cooled to below about 9200 C by compressed air, steam or another mild coolant, so that an austenitic-carbidic structure results in these parts , while the opposite sides remain heated to about 10,000 C, whereupon the workpiece as a whole is abruptly extinguished.
It has also been found that the Brinell hardness of the part that has not been quenched is increased disproportionately by a pressure load, which results in an even higher pressure and wear resistance of these parts during operation.
It is known in a method for manufacturing railway wheels from manganese steel to increase the manganese content to at least 17% and to cool the wheel part containing this manganese content or the whole wheel relatively slowly in order to avoid harmful carbide precipitations. The cooling takes place here from 1000 C down to 200 C. In this previously known method, however - as in the method according to the invention - only a part of the workpiece is slowly cooled and another part is kept heated to about 1000 ° C. during this cooling and then extinguished as a whole.
Such a method of treatment is also out of the question for railway wheels, since when using the method according to the invention stresses would arise in the railway wheels, which must be avoided at all costs.
In the drawing, to explain the method according to the invention, FIG. 1 shows a test piece made of steel with 12% manganese, while FIGS. 2 and 3 illustrate a device for operational implementation of the method in cross section and in plan view.
The test piece of Fig. 1 was heated and immersed in water up to line A - B while the upper part was allowed to cool in the air. The part to the left of line C-D was then cold machined with an air hammer. The hardness numbers entered resulted from the Brinell test then carried out. From these it can be seen that firstly the part cooled in the air has a higher Brinell hardness than that cooled in water and, secondly, the difference between the hardness numbers of the cold machined and the unmachined part is significantly greater for the part cooled in the air than for the part Water cooled.
In this way it is possible, for example, to create a crushing jaw made of manganese high-carbon steel, the crushing teeth of which are extremely hard and wear-resistant due to the slow cooling in the air and the resulting austenite carbide formation and whose rear side has a purely austenitic structure due to the quenching and is therefore tough.
It is particularly favorable if the side exposed to wear consists of austenite, carbide and martensite, which make the material hard and brittle, while the opposite side penetrates
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tough austenite is formed. In order to achieve this, the method can be carried out, as has been determined by tests, with achieving a substantial acceleration as follows:
A workpiece is heated to 10,000 C, then those sides of the workpiece that are to remain hard are cooled to a temperature below about 9200 C by means of compressed air, steam or another mild coolant. This creates an austenitic-carbide structure on these sides.
The opposite sides of the workpiece remain heated to around 10,000 C. The entire workpiece is then extinguished.
The device illustrated in FIGS. 2 and 3 is used to carry out this method. It consists of a box 1, the surface of which is provided with rows of holes 2 and which is connected to a line for z. B. Compressed air is connected. The box itself rests in a frame 5 which is expediently provided with rollers 4. The piece to be subjected to the process, e.g. B. a jaw, is heated to 1000 C, placed with the teeth facing down on the rollers 4 and this side of the workpiece is cooled to below about 920 C. It must be ensured that the temperature of around 1000 C on the other opposite side, which is supposed to remain tough, is almost maintained. If the whole workpiece is then erased, e.g.
B. cooled in a liquid, the result is a tough austenitic back and hard, austenitic-carbide teeth, the structure of which can also contain martensite.