Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallen, insbesondere von reibungsbean spruchten Teilen zum Beispiel Lagern, Schienen usw. Das Verfahren nach der Er findung besteht darin, dass die Wärme dem @Verkstück mindestens zum Teil auf elektrisch induktivem Wege zugeführt wird und dass dieses daran anschliessend mittels eines durch den elektrischen Leiter zugeführten Kühl mittels abgeschreckt wird.
Die Abschreckung kann vorzugsweise vorgenommen werden, bevor die Wärme in die tieferen Teile des Werkstückes eingedrungen ist. Die Zufüh rung des Kühlmittels kann unter Druck er folgen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens besitzt einen elektrischen Leiter zur induktiven elek trischen Erhitzung des Werkstückes, der mit Kanälen zur Zuführung des Kühlmittels und mit Austrittsöffnungen zum Aufbringen des Kühlmittels auf das Werkstück versehen ist.
Mehrere Ausführungsformen des Gegen standes der Erfindung sind in der beigefüg ten Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine mit einer Heizspule versehene Vorrichtung, teils im Grundriss, teils in waag rechtem Schnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrich tung zur Härtung von Innenflächen von La gern, Fig. 4a einen Schnitt und Ansicht einer Vorrichtung zum Härten der Oberfläche von Schienen,
Fig. 4b einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 4a, Fig. 4c einen Querschnitt einer Ausfüh rungsform für die gleichzeitige Behandlung der Ober- und Seitenflächen des Schienen kopfes.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vor richtung eignet sich besonders für das Här ten von Magerzapfen, wie Kurbelzapfen und dergleichen. Eine Spule 1 wird durch eine Induktionsspule 2 erregt, die ihrerseits durch einen von einer Stromquelle 3 gelieferten Strom erregt wird. Kondensatoren c sind vor gesehen, um den Leistungsfaktor des Genera- tors zu korrigieren.
Die das Werkstück 7 umgebende Heiz- spule besteht aus drei Teilen, um das Werk stück einführen oder herausnehmen zu kön nen. Die Teile 5 der Heizspule sind mit der Spule 1 durch Bolzen verbunden oder an diese angeschweisst, während der Teil 6 zwecks Einführung des Werkstückes frei be weglich ist.
Die Teile 5 und 6 sind hohle Gussstücke mit Stutzen 8 zum Einführen eines Kühlmittels und mit Düsen 9, durch die das Kühlmittel gegen das Werkstück ge spritzt oder geschleudert wird. Das Kühl mittel wird nicht ständig gegen das Werk stück gespritzt, sondern wird von einer unter hohem Druck stehenden Quelle 10 aus zuge- führt, die durch ein Ventil so gesteuert wird, dass das Abkühlen zu bestimmten Zeiten er folgen kann.
Der Teil 6 wird von den Teilen 5 entfernt, damit das Werkstück 7 eingesetzt werden kann. Dann werden die Teile wieder in die geschlossene Stellung gebracht, in der sie sich in elektrischer Verbindung befinden. Da ein starker Strom zur Anwendung gelangt, wird das Werkstück 7 am Umfang stark erwärmt, bevor das Innere Zeit hat, warm zu werden. Dann wird das Ventil 11 geöffnet und es werden die unter hohem Druck stehenden Strahlen des Abschreckmittels auf die heisse Oberfläche des Werkstückes gespritzt.
Da durch wird die Oberfläche gehärtet und die Wärme wird abgeleitet, bevor sie Zeit hat, in das Innere des Werkstückes einzudringen. Ein Lager von ungefähr 3" -e' wurde an der Oberfläche in weniger als 5 Sekunden auf über<B>900'</B> C erhitzt; diese Oberfläche ist dann in ein bis zwei Sekunden abgeschreckt und in. nur wenig längerer Zeit vollständig abgekühlt worden.
Es ist klar, dass das Her ausnehmen und Abkühlen der Teile nach der bisherigen Praxis eine beträchtlich längere Zeit erfordern würde. Anderseits kann die Kühlgeschwindigkeit und die Tiefe der Här tung durch Veränderung der Düsengrösse, des Druckes, des Kühlmittels, der Heiz- oder Kühlzeit geregelt werden.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Heizspule 2 direkt von einer Wechselstrom quelle 3 aus erregt wird, wobei die üblichen Kondensatoren c der Korrektur des Lei stungsfaktors dienen. Das Werkstück 7 be steht aus einer Lager- oder einer andern Zy linderwand, deren Innenseite gehärtet werden soll. Es wird ein Wechselstrom mit grosser Stromstärke verwandt, um an der Innenseite des Werkstückes eine hohe Temperatur zu er zielen.
Dann wird ein die Heizspule mit einer gühlmittelspeiseleitung 10 verbindendes Ven til 11 geöffnet, so dass ein Absehreckmittel durch die Öffnungen oder Düsen 9 in den Wänden der Spule unter hohem Druck aus tritt.
Das beschriebene Verfahren ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung beschränkt und für viele andere Anwendungsmöglichkeiten ähnlicher Art ge eignet.
Zum Härten der Oberfläche einer Schiene oder eines ähnlichen Gegenstandes kann eine Vorrichtung verwendet werdAn, bei der der Erregerstrom gemäss Fig. 4a und 4b auch durch das Werkstück fliesst. Der Strom wird durch die Schiene 12 und den Leiter 13 von einer Kraftquelle 3 aus zugeführt, wobei diese Kraftquelle in Reihe mit einer Induk tionsspule 2 geschaltet ist, welche eine sekun däre Spule 1' induziert.
Der Stromleiter 13 ist im Innern hohl und mit Stutzen 8 und Düsen 9 ausgerüstet, damit ein Kühlmittel durch das Innere des Leiters zu dem erwärm ten Teil der Schiene gebracht werden kann. Wenn die seitliche Lauffläche der Schiene 12 ebenfalls gehärtet werden soll, kann der Lei ter 13' in Fig. 4c verwendet werden, der auch Kühlmittelzuführungsstutzen 8 und die Dü- sen 9 besitzt. Bei den Ausführungsformen nach 4a-4c wird das Werkstück 12 zum ge ringen Teil durch Joüle'sche Wärme, über wiegend jedoch durch Induktion erhitzt.
nämlich durch die infolge des Wechselfeldes des Leiters 13 im Werkstück 12 erzeugten Wirbelströme und Hysterese.
Method and device for the heat treatment of metals. The invention relates to a method and a device for the heat treatment of metals, in particular friction-stressed parts such as bearings, rails, etc. The method according to the invention consists in that the heat is supplied to the @ Verkstück at least in part by electrically inductive means and that this is then quenched by means of a cooling means supplied through the electrical conductor.
The quenching can preferably be carried out before the heat has penetrated the deeper parts of the workpiece. The supply of the coolant can follow under pressure.
The device according to the invention for carrying out the method has an electrical conductor for inductive elec trical heating of the workpiece, which is provided with channels for supplying the coolant and with outlet openings for applying the coolant to the workpiece.
Several embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the accompanying drawings, for example. 1 shows a device provided with a heating coil, partly in plan, partly in horizontal section, FIG. 2 shows a side view of the device according to FIG. 1, FIG. 3 shows a section through a device for hardening inner surfaces of La like, Fig. 4a a section and view of a device for hardening the surface of rails,
Fig. 4b shows a section along the line A-A of Fig. 4a, Fig. 4c shows a cross section of a Ausfüh approximate shape for the simultaneous treatment of the upper and side surfaces of the rail head.
The device shown in Figs. 1 and 2 is particularly suitable for Här th of lean pins, such as crank pins and the like. A coil 1 is excited by an induction coil 2, which in turn is excited by a current supplied by a current source 3. Capacitors c are provided to correct the power factor of the generator.
The heating coil surrounding the workpiece 7 consists of three parts in order to be able to insert or remove the workpiece. The parts 5 of the heating coil are connected to the coil 1 by bolts or welded thereto, while the part 6 is freely movable for the purpose of introducing the workpiece.
The parts 5 and 6 are hollow castings with nozzle 8 for introducing a coolant and with nozzles 9 through which the coolant is sprayed or thrown against the workpiece. The coolant is not constantly sprayed against the workpiece, but is supplied from a source 10 under high pressure, which is controlled by a valve in such a way that cooling can take place at certain times.
The part 6 is removed from the parts 5 so that the workpiece 7 can be inserted. Then the parts are brought back into the closed position in which they are in electrical connection. Since a strong current is applied, the workpiece 7 is heated strongly at the periphery before the inside has time to warm up. Then the valve 11 is opened and the high pressure jets of the quenchant are sprayed onto the hot surface of the workpiece.
This hardens the surface and dissipates the heat before it has time to penetrate the interior of the workpiece. A bearing of approximately 3 "-e 'was heated to over <B> 900' </B> C on the surface in less than 5 seconds; this surface is then quenched in one to two seconds and complete in just a little longer been cooled.
It is clear that removing and cooling the parts would require a considerably longer time according to previous practice. On the other hand, the cooling speed and the depth of the hardening device can be controlled by changing the nozzle size, the pressure, the coolant, the heating or cooling time.
Fig. 3 shows a device in which the heating coil 2 is excited directly from an alternating current source 3, the usual capacitors c are used to correct the performance factor Lei. The workpiece 7 be available from a bearing or another Zy cylinder wall, the inside of which is to be hardened. An alternating current with a high current strength is used in order to achieve a high temperature on the inside of the workpiece.
Then a valve 11 connecting the heating coil to a coolant feed line 10 is opened, so that a reticulate agent exits through the openings or nozzles 9 in the walls of the coil under high pressure.
The method described is not limited to the illustrated embodiments of the device and is suitable for many other possible applications of a similar type.
For hardening the surface of a rail or a similar object, a device can be used in which the excitation current also flows through the workpiece according to FIGS. 4a and 4b. The current is fed through the rail 12 and the conductor 13 from a power source 3, this power source being connected in series with an induction coil 2 which induces a secondary coil 1 '.
The conductor 13 is hollow inside and equipped with nozzle 8 and nozzles 9 so that a coolant can be brought through the interior of the conductor to the heated part of the rail. If the lateral running surface of the rail 12 is also to be hardened, the conductor 13 ′ in FIG. 4c can be used, which also has coolant supply stubs 8 and the nozzles 9. In the embodiments according to FIGS. 4a-4c, the workpiece 12 is heated to a small extent by Joüle's heat, but mainly by induction.
namely by the eddy currents and hysteresis generated in the workpiece 12 as a result of the alternating field of the conductor 13.