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Verwendung von Metallschmelzen Es ist bekannt, die Oberfläche von
Werkstücken dadurch zu härten, daß die chemische Zusammensetzung der Oberfläche
durch Diffusion verändert wird, wie es bei der Zementation oder Nitrierung geschieht.
Diese Verfahren erfordern aber einen erheblichen Zeitaufwand. Weiterhin ist bekannt,
eine Oberflächenhärtung ohne Änderung der Zusammensetzung derart durchzuführen,
daß- man einen härtbaren Stahl durch oberflächliche Erhitzung mittels Schneidbrenner
oder Hochfrequenzinduktion auf Härtetemperatur bringt und dann abschreckt. Die letzteren
Verfahren werden einerseits wegen der Kürze der für den Härtevorgang erforderlichen
Zeit und andererseits deswegen-bevorzugt, weil es hierbei möglich ist, ein vergütetes
Werkstück nur an der Oberfläche einer Härtung zu unterziehen, während der Kern zäh
und widerstandsfähig bleibt. Diese Verfahren sind jedoch mit erheblichen Kosten
verbunden, da für die verschiedenen Werkstückformen jeweils andere Härtegeräte erforderlich
sind.
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Es ist daher auch bereits vorveröffentlicht vorgeschlagen worden,
Stahlwerkstücke dadurch oberflächenzuhärten, daß sie nach einer Einsatzaufkohlung
in einem höcherhitzten Bleibad so schnell in den Randschichten auf Härtetemperatur
gebracht werden, daß bei der darauffolgenden Abschreckung nur eine Härtung der Oberfläche
eintritt, während der nicht mit auf Härtetemperatur erhitzte Kern des Werkstückes
unbeeinflußt bleibt. Die praktische Durchführung dieses Verfahrens scheitert jedoch
an der Eigenschaft von Bleibädern, bei den erforderlichen hohen Temperaturen stark
zu verdampfen und sehr schnell durch Oxydation zu verschlacken. Bei Verwendung von
Bleibädern mußte man daher bestrebt sein, die Temperatur des Bleibades
möglichst
niedrig, und zwar vorzugsweise nur wenig über der Härtetemperatur des Stahles, zu
halten, um eine zu schnelle Zerstörung des Erhitzungsbades zu vermeiden. Hierbei
war aber der Wärmeübergang aus dem Erhitzungsbad in das zu erhitzende Werkstück
in der Zeiteinheit so gering, daß durch Wärmefluß zum Kern des Werkstückes hin auch
die Innenzonen fast auf Härtetemperatur gebracht wurden und daher auch eine Veränderung
der Festigkeitseigenschaften der Kernzonen, die nicht gehärtet werden sollten, eintrat.
Wegen dieser Nachteile konnte die Verwendung von Bleibädern als Erhitzungsbäder
bei der Oberflächenhärtung bisher keinen Eingang in die Praxis finden.
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Bekannt ist weiterhin ein Vorschlag, zu härtende Werkstücke in Schmelzen
von Aluminium oder Aluminiumlegierungen gleichmäßig durchzuerwärmen. Diese Bäder
erscheinen jedoch wegen der großen Affinität des Aluminiums zum Sauerstoff und wegen
der Legierungsgefahr mit dem Behandlungsgut als Oberflächenhärtebäder nicht geeignet.
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Es wurde nun gefunden, daß an Stelle der untauglichen Bleibäder sich
Bäder aus solchen Metallen, deren Schmelzpunkt höher als die übliche Härtetemperatur
des Stahles liegt, hervorragend für die Oberflächenhärtung von Werkstücken aus Stahl
eignen. Besonders gut eignen sich Metallschmelzen, deren Schmelzpunkte mindestens
5o° höher liegen als die" erforderliche Härtetemperatur. Als besonders vorteilhaft
erwiesen sich dabei Erhitzungsbäder aus Bronze oder Gußeisen, deren Schmelzpunkt
so hoch liegt, daß bei einer Erhitzung dieser Bäder auf Temperaturen, die weit oberhalb
der üblichen Härtetemperatur für Stahl liegen, noch keine wesentliche Verzunderung
oder Verschlackung der Bäder zu befürchten ist, da diese gegenüber ihrem Schmelzpunkt
nur wenig überhitzt zu werden brauchen.
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Bei Verwendung dieser Erhitzungsbäder gemäß der Erfindung erfolgt
der Wärmeübergang in die Oberflächenzonen des Werkstückes so schnell, daß die Oberflächenschicht
in Abhängigkeit von der Eintauchzeit und Dicke des Werkstückes in sehr kurzer Zeit
auf Härtetemperatur gebracht wird, während die Kernzonen des Werkstückes noch vollkommen
unbeeinflußt bleiben.
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Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung eines Bronzebades als Erhitzungsbad
gemäß der Erfindung bei einem Werkstück von 5o mm -e' Eintauchzeiten von 2o bis
25 Sek. bei einer Badtemperatur von io5o° C genügen, um Härtetiefen von 4.
bis 8 mm zu erzielen, während die Kernzonen unbeeinflußt bleiben. Bei "Werkstücken
mit größeren Durchmessern sind entsprechend längere Eintauchzeiten anzuwenden, die
jedoch nur einen Bruchteil der bisher bei Bleibädern. notwendigen Eintauchzeiten
ausmachen. Beispielsweise genügt für die Lagerstelle einer Achse mit i 15
mm Lagerdurchmesser eine Eintauchzeit von 75 Sek. in ein Gußeisenbad, um durch die
nachfolgende Abschreckung eine Härtezone von q. mm Tiefe bei unbeeinflußtem Kern
zu erlangen, ohne daß hierbei eine Überhitzung der äußersten Randzone zu bemerken
ist. Bei einer derart oberflächengehärteten Achse mit einem Kohlenstoffgehalt von
nur 0,35 °/o wurde eine Oberflächenhärte von 5oo Brinelleinheiten festgestellt,
die in der Übergangsschicht nach dem Kern hin allmählich abnahm. Selbst Stähle mit
o,65 °%o Kohlenstoff ließen sich nach der Oberflächenerhitzung in Bronze- oder Gußeisenbädern
gemäß der Erfindung einwandfrei in Wasser härten, ohne daß eine Schalenhärtung eintrat,
die ein Abplatzen der Härtezone befürchten ließe.
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Gleich gute Ergebnisse wurden bei der Anwendung von Erhitzungsbädern
der Erfindung bei der Oberflächenhärtung von legierten Stählen, die nach der Erhitzung
in öl oder Luft gehärtet wurden, erzielt.
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Die Verwendung von Bronze- oder Gußeisenbädern als Erhitzungsbäder
ist besonders vorteilhaft bei der Oberflächenhärtung von Achs- und Zapfenlagerstellen;
sie kann jedoch auch bei der Oberflächenhärtung von Werkstücken mit jedem beliebigen
Querschnitt mit Vorteil Anwendung finden.