DE950297C - Verfahren zur Herstellung hohler, rohrfoermiger Gegenstaende aus gehaertetem Stahl, z. B. Kolbenbolzen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung hohler, rohrförmiger Gegenstände aus gehärtetem Stahl, z. B. Kolbenbolzen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung hohler, rohrförmiger Gegenstände aus gehärtetem Stahl, und. zwar insbesondere, aber nicht ausschließlich, von Kolbenbolzen. .
• Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren im wesentlichen darin, daß die Außenschicht eines vollen, urgehärteten Stabes durch eine beispielsweise induktive Wärmebehandlung auf eine Tiefe gehärtet oder vergütet wird, welche die Wand dicke des fertigen Hohlkörpers nicht überschreitet, worauf dann ein urgehärteter Kern, dessen Durchmesser gleich dem der Bohrung des fertigen Hohlkörpers ist, aus dem der Stab z. B. durch Herausbohren entfernt wird. Dabei braucht nur eine Oberflächenhaut gehärtet oder vergütet zu werden.
• Die Dicke der gehärteten oder vergüteten Schicht des Stabes kann. aber auch der Wanddicke des fertigen Hohlkörpers entsprechen..
• Das Anlassen beim Vergüten kann mittels der durch Abkürzen des Abschreckens verbleibenden restlichen Wärme erfolgen.
• Die vergütete Schicht kann einer beispielsweise induktiven. Oberflächenhärtung unterworfen werden. Dabei kann die gehärtete Oberflächenschicht des vergüteten Stabes derart vorzugsweise induktiv angelassen werden, daß die Eigenspannungen verschwinden, ohne daß sich das Kleingefüge ändert.
• Bei einer bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung werden die Hohlkörper aus einem vollen Stab, dessen Länge das Mehrfache ihrer eigenen Länge ist, durch Unterteilen, desselben, in die einzelnen Hohlkörperlängen hergestellt. -Dabei wird der Stab vor irgendeiner Wärmebehandlung mit im Abstand dir Länge der zu fertigenden Hohlkörper voneinander entfernt liegenden. Eindrehungen versehen, deren Tiefe der Wanddicke des fertigen Hohlkörpers entspricht.
• Die- verschiedenen Schritte der Wärmebehandlung erfolgen vorzugsweise gleichzeitig und fortlaufend mit Hilfe von, über die Länge des Stabes verteilt. Mitteln, zu denen er in Längsrichtung bewegt wird.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Stab aus- durch Abschrecken härtbarem Stahl, z. B. einem warm gewalzten, völlig ausgeglühten Stahl mittleren Kohlenstoffgehaltes, und wird einer induktiven Oberflächenhärtung unterworfen, wodurch er eine sehr dünne martensitische Außenschicht erhält. Anschließend wird der Kern bis auf -den gewünschten Innendurchmesser herausgebohrt, Dadurch, daß die Induktionsoberflächenhärtung bei einem vollen Werkstück statt einem hohlen Gegenstand erfolgt, kann 'die Dicke der spröden, martensitischen Außenschicht geringer sein, wodurch ein dickerer tragender Teil verbleibt.
• Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Außenschicht des wiederum aus durch Abschrecken. härtbarem Stahl bestehenden vollen Stabes induktiv bis zu einer Tiefe, die etwa der Wanddicke des zu fertigenden Hohlkörpers entspricht, gehärtet.
• Diese martensitische Schicht wird vorteilhaft nach dem Abschrecken angelassen, wodurch sie sorbitisch wird.
• Die so,rbitische Schicht wird, einer induktiven Oberflächenhärtung unterworfen, wodurch. eine dünne, martensitische Außenschicht entsteht, die außerordentlich hart ist und als verschleißfeste Oberfläche über der zähen, weniger harten, sorbitischen Schicht liegt.
• Bisher werden gewöhnlich die Kolbenbolzen auch durch Bearbeitung aus einem vollen. Stahlstab hergestellt. Dieser Stab wird aber schon vor dem Härten in axialer Richtung durchbohrt und in: die gewünschten Längen zerschnitten. Nach einem bekannten Verfahren, wird ein niedrig gekohlter Stahl verwändet, dessen Oberfläche nach der Bearbeitung aufgekohlt und gehärtet wird. Dabei ergibt sich eine sehr dünne, gehärtete Oberflächenschicht. Die so hergestellten Kolbenbolzen haben aber eine relativ geringe mechanische Festigkeit, verglichen mit Kolbenbolzen `derselben ,Größe, welche aus Stahl mittleren Kohlenstoffgehaltes bestehen.
• Zwecks Vermeidung dieser Nachteile ist dann weiter vorgeschlagen worden., die hohlen Kolbenbolzen aus einem geglühten Stahlstab mittleren Kohlenstoffgehaltes herzustellen. Diese hohlen Kolbenbolzen werden nach. der Herstellung induktiv oberflächengehärtet. Da die Bolzen hohl sind, ist es aber schwierig, die Härtetiefe genau einzuhalten, besonders wenn. Drehgeneratoren verwendet werden, deren Frequenz bei- 30 ooo Hertz liegt.
• Nach. einem weiteren Herstellungsverfahren werden die hohlen Kolbenbolzen aus einem warm gewalzten Stahlstab mittleren Kohlenstoffgehaltes hergestellt und einer Warmbehandlung unterworfen, um ein sorbitisches Gefüge zu erhalten, das sich über die gesamte Wanddicke erstreckt, worauf dann eine induktive Oberflächenhärtung erfolgte, um auf diese Weise die Außenhaut auf eine möglichst geringe Tiefe zu härten. Hierbei ist es wiederum infolge der Hohlform des Werkstückes schwierig, eine ausreichend dünne Außenhaut zu erhalten, wenn nicht besonders hohe Frequenzen verwendet werden.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet oder vermindert erheblich die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten und kann. wesentlich billiger ausgeübt werden. Die dabei erhaltenen Bolzen haben gleichmäßigere Eigenschaften, als bisher.
• Einzelheiten der Erfindung ergeben. sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt Fig. i einen. Teil eines vollen Stabes, teilweise in der Ansicht, teilweise lm Längsschnitt, aus dem die Kolbenbolzen. hergestellt werden, der gemäß dem ersten Verfahrensschritt mit den entsprechend der Länge der Kolbenbolzen im Abstand voneinander liegenden Umfangsnuten oder -schlitzen versehen ist, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil eines vollen Stabes mit Umfangsschlitzen und schematisch die Induktionsvorrichtung für die Tiefenhärtung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines vollen Stabes mit Umfangsschlitzen und, der Vorrichtung zum Anlassen des bis auf eine gewisse Tiefe gehärteten Stabes, Fig. q. einen Längsschnitt durch. einen Teil eines vollen Stabes nebst einem Teil des Bohrers, der zum Herausbohren des Kerns dient.
• Fig. i zeigt den. Stab.2o, dessen Aufteilung durch Einstecken von Nuten 23 mittels eines Ansteckstahles vorbereitet wird.
• Fig. 2 zeigt die Anordnung für die Induktionstiefenhärtung der Oberfläche. Die gehärtete Schicht ist mit ig bezeichnet lind durch die enge Randstrichelung angedeutet, während der ungehärtete Kern das Bezugszeichen 18 halt und: durch die volle Mittelstrichelung wiedergegeben ist. Bei dieser Phase des Verfahrens wird der Stab 2o fortschre@itend in axialer Richtung mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch die Bohrung 25 eines ringförmigen. Hochtrequenzinduktors 26 bewegt. In: duktor 26 steht über Leitungen 27 mit einer schematisch dargestellten Hochfrequenzstromquelle 28 in Verbindung.
• Das Abschreckmittel 30, z. B. Wasser, wird unter Druck aus dem Innenraum 31 des Induktors 26 über in einem geneigten Teil seiner Rückwand vorgesehene Öffnungen 32 gegen den Stab gesprüht.
• Eine im wesentlichen gleiche Vorrichtung, nur mit erheblich kleinerer axialer Länge des Induktors, dient dem Härten einer sehr dünnen Oberflächenschicht. Als Kraftquelle dient dabei ein Motorgenerator mit einer Frequenz von io Kila hertz oder ein Elektronenröhrengenerator mit einer Frequenz von 4.5o Kilohertz.
• Der folgende Schritt, das Anlassen der gehärteten Schicht ig, ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Hierbei wird der Stab nach dex- in Fig. 2 dargestellten Wärmebehandlung fortschreitend: in axialer Richtung durch eine mehrwindige HochfrequenzinduktionssPule 40 zur Erzeugung einer geeigneten Anlaßtemperatur bewegt, die ihren Erregerstrom von einer geeigneten Hochfrequenzstromquelle 4i erhält.
• Die Vorschubgeschwindigkeit des Stabes entspricht dabei derjenigen., die bei dem Verfahrensschritt nach Fig. 2 verwendet worden ist. Es ist daher möglich, die beiden Verfahrensschritte nach Fig. 2 und 3 gleichzeitig während einer fortlaufenden Arbeitsfolge auszuführen. Ferner ist es möglich, das Abschrecken bei der Induktionstiefenhärtung nach Fig.2 so zu unterbrechen, daß noch eine gewisse Wärme in dem Stab verbleibt, wodurch der Induktionsspule qo nur eine niedrigere Leistung zugeführt zu werden braucht.
• Die gleiche Einrichtung wird auch zum Anlassen einer nur sehr dünnen .gehärteten Oberflächenschicht benutzt.
• Nach dem Härten und dem Anlassen wird der innenliegende ungehärtete Kern 18, wie in Fig: q. schematisch angedeutet, herausgebohrt oder in anderer Weise maschinell entfernt: Der Bohrer 70 hat einen Außendurchmesser, der dem gewünschten Innendurchmesser der Bohrung 13 des fertigen Kolbenbalzens entspricht und 'etwas größer ist als der Durchmesser der Umfangsschlitze 23, so daß die Verbindung zwischen den einzelnen Abschnitten des Stabes dadurch aufgehoben wird.
• Wenn auch vorstehend die verschiedenen Wärmebehandlungen unter Verwendung hochfrequenter Induktionsströme beschrieben sind, so besagt das nicht, daß statt dessen nicht die Erwärmung mittels Gas oder anderer Heizmittel erfolgen kann.
• Die Erfindung ist vorstehend bei der Herstellung von Kolbenbolzen beschrieben worden, aber hierauf nicht beschränkt, sondern- kann in gleicher Weise bei jedem anderen hülsen- oder rohrartigen Gegenstand verwendet werden, der eine sehr dünne gehärtete Oberfläche geringerer Dicke erhalten soll.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: a. Verfahren zum Herstellen hohler, rohrförmiger, wärmebehandelter Stahlkörper, insbesondere Kolbenbolzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht eines vollen, ungehärteten Stabes (2o) durch eine beispielsweise induktive Wärmebehandlung auf eine Tiefe gehärtet oder vergütet wird, welche die Wanddicke des fertigen Hohlkörpers (A) nicht überschreitet, worauf dann ein ungehärteter Kern (i8), dessen Durchmesser gleich dem der Bohrung des fertigen Hohlkörpers (A) ist, aus dein Stab z. B. durch Herausbohren entfernt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Oberflächenhaut gehärtet oder vergütet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gehärteten oder vergüteten Schicht des Stabes der Wanddicke des fertigen Hohlkörpers entspricht. q..
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen beim Vergüten mittels der durch Abkürzen des Abschreckens verbleibenden restlichen Wärme erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vergütete Schicht einer beispielsweise induktiven Oberflächenhärtung unterworfen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Oberflächenschicht des vergüteten Stabes derart vorzugsweise induktiv angelassen wird, daß die Eigenspannungen verschwinden, ohne daß sich das Kleingefüge ändert.
7. 7. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlkörper (A) aus einem vollen Stab (2o), dessen Länge das Mehrfache ihrer eigenen Länge ist, durch Unterteilen desselben in die einzelnen Hohlkörperlängen hergestellt werden. B. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab von irgendeiner Wärmebehandlung mit im Abstand der Länge der zu fertigenden Hohlkörper voneinander entfernt liegenden Eindrehungen versehen wird, deren Tiefe der Wanddicke des fertigen Hohlkörpers (A) entspricht. g. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schritte der Wärmebehandlung gleichzeitig und fortlaufend mit Hilfe von über die Länge des Stabes (2o) verteilten Mitteln, zu denen er in Längsrichtung bewegt wird, erfolgen.