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Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Metallen durch Glühen und Abschrecken
Die Erfindung ist eine jener Vorrichtungen, die zum Wärmebehandeln von Metallen
durch Glühen und Abschrecken dienen. Sie betrifft insbesondere eine Wärmebehandlung
und Vergütung von Metallen mit flüssigen Abschreckmitteln. Bei einer älteren Vorrichtung
zur Lösung dieser Aufgabe sind bereits die Glühkammer und der Abschreckbehälter
gemeinsam unter Vakuum angeordnet worden und miteinander verbunden worden. Die ganze
Vorrichtung wurde zur Förderung des Glühgutes in den Vakuumbehälter kippbar angeordnet.
Zur Trennung der Räume voneinander diente nach dem älteren Vorschlag eine Abhebung.
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Die neue Lösung besteht darin, daß zwischen der Glühkammer und dem
Abschreckbehälter ein vakuumdichter Absperrschieber vorgesehen ist und daß als Abschreckmittel
Stoffe mit niedrigem Dampfdruck, wie Hg, Pb, Woodmetall, vorgesehen sind. Der Vorteil
der neuen Vorrichtung besteht in erster Linie darin, daß die Räume nunmehr im Betrieb
voneinander trennbar sind. Während früher die Trennbarkeit darin bestand, daß man
Gefäße von ihrer Dichtung abziehen und wieder daraufschieben konnte, läßt sich nunmehr
während des Betriebes durch den Absperrschieber eine wahlweise Behandlung durch
Abschreckmittel in Gestalt von Stoffen mit niedrigem Dampfdruck, wie Hg, Pb und
Woodmetall, vornehmen. Eine Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß der Abschreckbehälter
geneigt vor dem Auslaß angeordnet ist. Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen,
Glühkammer und Abschreckbehälter durch einen Krümmer miteinander zu verbinden, in
welchem der Absperrschieber angeordnet ist. Für zahlreiche Weiterentwicklungen bietet
die neue Bauart verbesserte Lösungen.
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, bei der die gesamte Wärmebehandlung
der Metalle, also im wesentlichen das Glühen und das Abschrecken, in beliebiger
Atmosphäre oder im Vakuum vorgenommen werden kann, ohne daß zwischen dem Glühen
und Abschrecken das Behandlungsgut mit einer anderen Atmosphäre in Berührung kommt.
Dabei sind eine ganze Reihe verschiedenartiger Wärmebehandlungen mit einer Vorrichtung
durchführbar. Die Wärmebehandlung eines Einsatzes läuft selbsttätig ab.
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Die Wärmebehandlung verschiedener Metalle oder Metallegierungen muß
in einem Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden, um unerwünschte
Oberflächenreaktionen oder Diffusion von Gasen zu verhindern. Bei den bisher bekannten
Vakuumglüh- und Schmelzöfen befinden sich die zu behandelnden Werkstücke nur während
der Behandlung mit hohen Temperaturen im Vakuum. Gehärtet wird bei diesen bekannten
Öfen aber in der normalen Atmosphäre. Weiterhin sind die üblichen Abschreckmittel,
wie Wasser, Öl, Salzlösungen usw., nicht für ein Abschrecken im Vakuum verwendbar,
da diese Mittel bei der erforderlichen höheren Temperatur einen zu hohen Partialdruck
besitzen.
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Während der Durchführung der Arbeit ist sowohl ein bestimmtes Temperaturprogramm,
ein bestimmtes Druckprogramm als auch ein bestimmtes Programm verschiedener Gasatmosphären
und Vakuum im Innern der geschlossenen Räume wählbar nach der Erfindung einzustellen.
Die Glüh- oder Anwärmebehandlung wird dabei in dem einen Raum und die Abschreck-
oder Abkühlvorgänge werden in dem anderen Raum vorgenommen, der mit einem Vorratsbehälter
für ein flüssiges Abschreckmedium versehen ist; und dabei wird das eingesetzte Gut
im Betrieb von dem einen in den anderen Raum übergeführt, indem beide Räume miteinander
gekippt werden und das Gut unter dem Einfluß der Schwerkraft hineinfällt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Ofen,
der Abschreckbehälter und der Behälter für das Abschreckmedium mit Heiz-, Kühl-und
Thermoelementen zur genauen Regelung und Oberwachung der Temperatur versehen. Mit
Hilfe bekannter Regel- und Steuereinrichtungen wird demzufolge mit Hilfe einer Vorrichtung
nach der Erfindung die gesamte Wärmebehandlung selbsttätig durchgeführt.
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Der Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung liegt darin, daß z.
B. bei der Zwischenstufenvergütung
im Vakuum erwärmte Teile beschleunigt
abgekühlt werden können, ohne daß sie mit der Normalatmosphäre in Berührung kommen.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit läßt sich durch die Temperatur des verwendeten Abschreckmediums
regeln. Die nach der Erfindung verwendeten Metallschmelzen haben einen relativ niedrigen
Partialdruck und ermöglichen gleichzeitig eine ausreichende Wärmeableitung. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann in gleicher Weise auch zur Abschreckung unter
einer neutralen, regulierbaren Schutzgasatmosphäre verwendet werden. Dabei ist der
Druck sowie die Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre beliebig regel- oder einstellbar.
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Mit der Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich weiterhin die verschiedensten
Wärmebehandlungen durchführen; neben der einfachen Zwischenstufenverhütung sei hier
nur ein Beispiel genannt: Vakuumentgasung bei sehr hohen Temperaturen, abschreckendem
Vakuum auf 300° C, Aufkohlen bei 900° C und im Gasstrom Herunterkühlen auf 850°
C sowie darauffolgendes Abschrecken in einem Bad mit 200-- C.
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Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen
näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung von Metallen
in schematischer Darstellung im Längsschnitt.
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In der Zeichnung ist ein Vakuumofen allgemein mit 1 bezeichnet
und mit einem Abschreckraum 2
durch eine Verbindung 3 vakuumdicht verbunden.
An den Abschreckraum 2 ist weiterhin ein Behälter 4 für ein Abschreckmedium 5 in
der Weise angebracht, daß er mit dem Abschreckraum 2 in Verbindung steht und beim
Kippen der gesamten Vorrichtung um eine Achse 6 das Abschreckmedium 5 in den Abschreckraum
2 einfließen läßt. Das Verbindungsstück 3 zwischen Vakuumofen 1 und Abschreckraum
2 ist winklig ausgeführt, so daß der Abschreckraum 2 gegenüber dem Vakuumofen
1 geneigt angeordnet ist.
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Innerhalb des Vakuumofens 1, der in üblicher Weise mit einer Isolierung
7 und Heizspiralen 8 versehen ist, ist eine Vakuummuffel 9 angeordnet. In die Muffel
9 ist vakuumdicht ein Thermoelement 10
zur Überwachung der Temperatur
im Innern der Muffel 9 eingeführt. Die Muffel 9 ist liegend angeordnet und an ihrer
dem Thermoelement 10 gegenüberliegenden schmalen Seite vakuumdicht mit dem
Verbindungsstück 3 verbunden.
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Das Verbindungsstück 3 ist, wie schon gesagt, winklig geformt
und mit einem Vakuumabsperrschieber 11 versehen. Beiderseits des Absperrschiebers
11 sind am Verbindungsstück 3 Anschlüsse 12 und 13 für ein Vakuskop sowie für Pumpen
vorgesehen. Mit dem Verbindungsstück 3 ist ebenfalls vakuumdicht der Abschreckraum
2 verbunden, der mit einer Isolierung 14 sowie Heizwicklungen 15 zum
Kompensieren der Abstrahlungsverluste versehen ist. Der Abschreckraum 2 hat eine
etwa zylindrische Form 16 und ist von oben her durch eine Beschickungsöffnung
17 zugänglich. Am Hals des Abschreckraumes 2 ist ein zweckmäßig geformtes
Sieb 24 zur Aufnahme des fertigbehandelten Gutes angebracht.
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Unterhalb des Abschreckraumes 2 ist der Behälter
4 für das Abschreckmedium 5 angeordnet. Er ist ebenfalls mit Isolierung
18 sowie Heiz- und Kühlelementen 19 versehen. Der Innenraum des Behälters
4 ist im wesentlichen kugelig ausgebildet und über die heizbare Verbindung
20 in der Weise mit dem Abschreckraum verbunden, daß diese Verbindung
20 in der dargestellten Normallage der Vorrichtung am tiefsten Punkt in den
Abschreckraum einmündet. Im Innern des Behälters 4 sind weiterhin Thermoelemente
21 angeordnet.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung nach der Erfindung ist
folgendermaßen: Werkstücke 22 befinden sich zum Glühen in der Vakuummuffel 9. Während
die Werkstücke 22 hier erwärmt werden, wird die zur Abschreckung verwendete Metallschmelze
5 in den Behälter 4 für das Abschreckmedium durch die Heiz- und Kühlelemente
19 unter Überwachung durch die Thermoelemente 21 auf der gewünschten Temperatur
gehalten. Nachdem die Werkstücke 22 in der Vakuummuffel 9 die erforderliche
Zeit auf der gewünschten Temperatur gehalten wurden, wird die gesamte Vorrichtung
um die Achse 6 gekippt. Dabei tritt die Metallschmelze aus ihrem Vorratsbehälter
durch die Verbindung 20 in den Abschreckraum 2 ein. Die Anordnung
von Vakuummuffel 9, Abschreckraum 16 und Behälter 4 ist derart, daß die Werkstücke
erst dann aus der Muffel 9 herausrutschen, wenn genügend Metallschmelze in den Abschreckraum
16 eingetreten ist. Wird die Vorrichtung nach dem Entleeren der Glühmuffel
in die horizontale Lage zurückgedreht, dann strömt die Metallschmelze durch die
zweckmäßig ausgebildete Verbindung 23 in ihren Vorratsbehälter 4 zurück. Die Vorrichtung
wird weitergekippt, bis die Werkstücke 22 auf dem Sieb 24
liegen und
sich ohne Schwierigkeiten durch die Öffnung 17 des Abschreckraumes entnehmen
lassen. Während dieser Entnahme wird die Muffel 9 durch den Vakuumschieber 11 verschlossen.
Dadurch kann die Pumpleistung der angeschlossenen Pumpen, die auf beiden Seiten
des Vakuumschiebers an die Vorrichtung angeschlossen sind, kleiner gehalten werden.
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Zum Durchführen schwieriger Wärmebehandlungen läßt sich das Sieb 24
schwenkbar anordnen, so daß mit wiederholtem Kippen der gesamten Vorrichtung ein
abermaliges Anwärmen oder Glühen der Werkstücke in der Muffel 9 und darauffolgendes
Abkühlen im Raum 2 erfolgen kann.
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Da durch Thermoelemente die Temperaturen in allen drei Räumen überwacht
werden, läßt sich ohne weiteres mit bekannten Anordnungen, wie Regel-und Steuereinrichtungen,
der gesamte Ablauf einer beliebigen Wärmebehandlung automatisieren, und zwar sowohl
das Temperaturprogramm als auch mit Hilfe von Pumpen, Druckschaltern und Ventilen
ein Druckprogramm und ein Programm, bei dem verschiedene Atmosphären oder Vakuum
nacheinander in den Behandlungsräumen hergestellt werden.