Verfahren zur Härtung der Oberfläche von Werkstücken aus Stahl. Es ist bekannt, bei der Härtung der Oberfläche von Werkstücken die chemische Zusammensetzung der Oberfläche durch Dif fusion zu verändern, wie es bei der Zemen- tation oder Nitrierung geschieht. Diese Ver fahren weisen aber den Übelstand auf, dass sie umständlich sind und einen erheblichen Zeitaufwand erfordern.
Weiterhin ist bekannt, eine Oberflächenhärtung ohne Änderung der Zusammensetzung derart durchzuführen, dass man einen härtbaren Stahl örtlich durch oberflächliche Erhitzung mittels Schneidbren ner oder Hochfrequenzinduktion auf Härte temperatur bringt und dann abschreckt. Diese Verfahren werden einerseits wegen der Kürze der für den Härtevorgang erforderlichen Zeit und anderseits deswegen bevorzugt, weil es hierbei möglich ist, ein vergütetes Werkstück der Härtung zu unterziehen, wobei nur die Oberfläche eine Härtung erfährt, während der Kern zäh und widerstandsfähig bleibt.
Diese Verfahren bringen jedoch den Nachteil mit sich, dass sie mit erheblichen Kosten ver bunden sind, da für die verschiedenen Werk stücke jeweils andere Werkzeuge, Brenner oder elektrische Heizkörper und Abschreck- düsen erforderlich sind.
Es ist ferner auch vorgeschlagen worden, eine Oberflächenhärtung von Werkstücken dadurch zu erzielen, dass die Werkstücke in einem hocherhitzten Bleibad so schnell in den Randschichten auf Härtetemperatur ge bracht werden, dass bei der darauffolgenden Abschreckung nur eine Härtung der Oberfläche eintritt, während der Kern des Werkstückes, da er nicht auf Härtetemperatur erhitzt wird, unbeeinflusst bleibt: Die praktische Durch führung dieses Verfahrens scheitert jedoch an der Eigenschaft von Bleibädern, bei den in Frage kommenden hohen Temperaturen stark zu verdampfen und sehr schnell durch Oxy dation zu verschlacken.
Bei Verwendung von Bleibädern musste man daher bestrebt sein, die Temperatur des Bleibades möglichst nied- rig, und zwar vorzugsweise nur wenig über der Härtetemperatur des Stahls zu halten, um eine zu schnelleZerstörung des Erhitzungs- bades zu vermeiden.
Hiebei ergab sich aber als weiterer Nachteil, dass der Wärmeüber- gang aus dem Erhitzungsbad in das zu er hitzende Werkstück in der Zeiteinheit so gering war und demzufolge die Erwärmung so lange dauerte, dass auch die Innenzonen fast auf Härtetemperatur gebracht wurden und daher eine Veränderung ihrer Festig- keitseigenachaften eintrat.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird beim Verfahren gemäss der Erfindung ein Metallbad verwendet, dessen Schmelzpunkt höher liegt als die Temperatur auf die der Stahl erwärmt wird. Besonders gut eignen sich Metallschmelzen, deren Schmelzpunkt mindestens<B>501'</B> höher liegt als die zii er reichende Härtetemperatur.
Als besonders vorteilhaft erwiesen sich dabei Erhitzungs- bäder aus Bronze oder Gusseisen, deren Schmelzpunkt so hoch liegt, dass bei einer Erhitzung dieser Bäder auf Temperaturen, die weit oberhalb der üblichen Rärtetenipe- ratur für Stahl liegen, noch keine wesent liche Verzunderung oder Verschlackring der Bäder zu befürchten ist, da diese gegenüber ihrem Schmelzpunkt nur wenig überhitzt zu werden brauchen.
Dabei erfolgt der Wärme- übergang in die Oberflächenzonen des Werk stückes so schnell, dass sie auf Härtetempe ratur gelangen, während die Kernzonen des Werkstückes noch vollkommen unbeeiilflul.')t bleiben. Es werden ähnliche Verhältnisse des Wärmeüberganges erzielt, wie bei der be kannten, aber umständlichen und teuren Oberflächenhärtung mit Autogenbrennern oder Hochfrequenzinduktion.
Versuche haben gezeigt, dass bei Ver wendung eines Bronzebades als Erbitzungs- bad bei einem Werkstück von 50 inin 0 Eintauchzeiten von 20-25 Sekunden bei einer Radtemperatur von<B>10500</B> C genügen, um Härtetiefen von 4-8 inm zu erzielen, während die Kernzonen unbeeinflusst bleiben.
Bei Werkstücken mit grösseren Durchmessern sind in Abhängigkeit von der jeweiligen Badtemperatur entsprechend längere Ein- tauchzeiten anzuwenden; die jedoch nur einen Bruchteil der bisher bei Bleibädern notwen digen Eintauchzeiten betragen.
Beispielsweise genügt für die Lagerstelle einer Achse mit 115 111111 Lagerdurchmesser eine Eintauchzeit von 75 Sekunden in ein Gusseisenbad, um durch die nachfolgende Abschreckung. eine Härtezone von 4 inne Tiefe bei unbeeinfluss- tem Kern zu erlangen, ohne dass hiebei eine Überhitzung der äuhersten Randzone zu be- merken ist.
Bei einer derart oberflächenge- härteten Achse mit einem C-Gehalt von nur 0,35 0;'o wurde festgestellt, dass die Obeifläcbe eine Härte von 500 Brinelleinlieiten aufwies, die im Übergang nach dem Kern hin all- inählich abnahm. Selbst Stähle mit 0,
65% C liessen sich nach der Oberflächenerhitzung in Bronze- oder (xusseiseribäder-n einwandfrei in Wasser härten, ohne dass eine Schalenhärtung eintrat, die ein Abplatzen der Härtezone befürchten liesse.
Gleich gute Ergebnisse wurden bei der Allwendung von derartigen Erhitzungsbädern bei der Oberflächenhärtung von legierten Stählen, die nach der Erhitzung in Öl oder Luft gehärtet wurden, erzielt. Die Stärke der Härteschicht kann bei gleicher Radtem peratur in weiten Grenzen geändert werden, ohne dass ei-fahruilgsgeniäh eine Kornvergrö- berung in der Randzone eintritt, da die Zeit zur Bildung eines neuen Korns zu kurz ist.
Es ist zweckmässig, die Badteniperatur mit der Stärke der gewünschten Härteschielit zu ändern, so dass jeder schädigende Einfluss der hohen Badtemperatur selbst bei den empfind lichsten Stählen mit Sicherheit vermieden wird.
Um vorspringende Kanten und kleinere Querschnitte des gleichen Werkstückes vor Überhitzung zu schützen, kann es zweck mässig sein, diese Stellen durch Kappen oder Ringe aus weichem Eisen oder andere Schutz mittel, die einen zu schroffen Wärmeüber gang verhindern, zu schützen.
Das Verfahren lässt sich z. B. für alle gängigen Stähle des Fahrzeugbaues, wie Achsen von 55-63 kg/min=2, Zapfen und Gegenkurbeln von 60-70 kg/mm' usw., an. wenden. In Fällen, die bisher Einsatzhärtung vorsahen, kann man zu einfachen Baustählen übergehen und sie nach dem beschriebenen Verfahren härten, da die Festigkeitseigen schaft des Kerris wesentlich besser, und die Verzugsgefahr dadurch, dass nur die zu här tenden Lagerstellenenden oberflächlich er wärmt werden, wesentlich geringer ist, ganz abgesehen von den geringen Erzeugungskosten.
Die Verwendung von Bronze- oder Guss- eisenbädern als Erhitzungsbäder ist besonders vorteilhaft bei der Oberflächenhärtung von Achs- und Zapfenlagerstellen; sie können jedoch auch bei der Oberflächenhärtung von Werkstücken mit jedem beliebigen Quer schnitt mit Vorteil Anwendung finden.