DE2608850A1

DE2608850A1 - Verfahren zum abschrecken von metallteilen und abschreckofen

Info

Publication number: DE2608850A1
Application number: DE19762608850
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Limque; Cornelius Hendrikus Luiten
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1976-03-04
Publication date: 1977-09-08
Also published as: FR2343051A1

Description

Ipsen Industries International Gesellschaft mit beschränkter

Haftung,

Plutstraße 52, 4190 Kleve

Verfahren zum Abschrecken von Metallteilen und Abschreckofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken von Metallteilen in einem flüssigen Abschreckmedium, bei dem die auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzten Metallteile in das Abschreckmedium getaucht werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Ofen für die Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere einen Öl-Abschreckofen.

Das "Abschrecken" von Metallteilen ist ein Teilvorgang beim Härten von Stahl und anderen Metallegierungen. Das Härten von metallischen Werkstoffen geschieht durch Glühen bei bestimmten Temperaturen, Abschrecken z.B. in einer Flüssigkeit wie öl oder Wasser, und anschließendes Lagern bei normaler oder mäßig erhöhter Temperatur (anlassen). Während des Abschreckens von Stahlteilen in einer Flüssigkeit wird eine Kühlgeschwindigkeit angestrebt, die über einem gewissen kritischen Wert liegen soll, damit keine unerwünschten Umwandlungen im Stahlvährend des Kühlvorganges auftreten. Hiermit' soll die Ausbildung eines bestimmten Gefüges im Stahl erzielt werden. Die Zusammenhänge zwischen Legierungszusammensetzung, Temperatur, Abkühlungsgeschwindigkeit und Gefügeausbildung sind bekannt und in sogenannten Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubildern (ZTU) schematiseh darstellbar. In der Praxis gibt es öfters Fälle, bei denen eine Erhäung der Abkühlgeschwindigkeit während des Abschreckens vorteilhaft wäre, um beispielsweise eine bessere Durchhärtung zu erzielen oder niedriger legierte Stahlsorten mit besseren Eigenschaften versehen zu können. Die Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit

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stößt auf Schwierigkeiten, da diese während des Abschreckvorganges Id.B. in einem ölbad im kritischen Temperaturbereich sofort nach dem Eintauchen des abzuschreckenden Teiles dadurch verringert wird, daß sich eine Dampfhaut bildet, die das gesamte Teil umgibt und eine direkte Berührung zwischen dem Abschrecköl und der Oberfläche des Teils verhindert. Erst nachdem sich die Oberflächentemperatur des abzuschreckenden Teils verringert hat, tritt eine weitere Phase ein, bei der das Abschreokmedium auf der Oberfläche des Teils kocht. In einer letzten Phase, wird dann die Wärme des Teils durch direkte Konvektion auf das öl übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abkühlungsgeschwindigkeit zu steigern. Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aif den Spiegel des Abschreckmediums ein gegenüber normalem Atmosphärendruck erhöhter Druck aufgebracht wird. Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Maßnahme die Abkühlgeschwindigkeit bei sonst gleichbleibenden Verhältnissen wesentlich gesteigert werden kann. So wurde z.B. durch eine Erhöhung des Drucks von 1 Bar auf 1,2 Bar über einem ölbad in einer geschlossenen Abschreckkammer beim Härten von 500 kg Kugellagerringen eine völlige Beseitigung von Härtestreuungen erreicht. Die Druckerhöhung kann auf bis zu 2,5 Bar vorgenommen werden, wobei die Einstellung von der zu behandelnden Legierung und dem zu wählenden Abschreckmedium sowie dem auszubildenden Gefüge abhängig ist.

Vorteilhafterweise wird die Druckhöhe im geschlossenen Abschrecksystem auf 1,2 bis 2,0 Bar, insbesondere beim Absohrecken von Metallteilen aus Kugellagerstahl auf 1,2 Bar eingestellt. Meßergebnisse zeigen, daß bei Verwendung eines Härteöls der Spezifikation MOTUL-EP 66 EC ein Druok von 1,5 Bar über der Flüssigkeit zu einer 20 #igen Erhöhung der AbkUhlungsgesohwindigkeit führt.Es hat sich ferner ale' vorteilhaft erwiesen, während des Abechreckvorgange das Absehreekmedium umzuwälzen. Bei einer ausreichenden Umwälzung kann die Abschreckgeschwindigkeit proportional mit dem Druck gesteigert werden.

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Es wird angenommen, daß die wesentliche Erhöhung der Abschreckgesohwindigkeit durch die Lehre der Erfindung in der Verringerung des Temperaturbereichs begründet ist in dem sich eine Dampf haut auf der Oberfläche der abzuschreckenden Teile bildet. Dadurch stellt sich die Phase der direkten und schnelleren Wärmeübertragung durch Konvektion früher ein. Bei ausreichendem Druck und zusätzlicher Umwälzung des Abschreckmediums kann offensichtlich die Dampfbildungsphase fast völlig beseitigt werden. Eine sichtbare Dampfbildung über einem ülabschreckbad, wie sie beim Stand der Technik sich regelmäßig einstellt, tritt nicht auf.

Vorzugsweise wird der Druck und damit auch die Siedetemperatur derart erhöht, daß das Abschreckmedium während des Abschreckvorganges unterhalb seiner Siedetemperatur verbleibt.

Das erfindungsgemäße Abschreckverfahren ist geeignet für öfen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere für Vakuumöfen mit geschlossener ölabschreckkammer. Es kann jedoch auch für geschlossene Abschreckkammern von Schutzgas-Härteöfen oder für sonstige Abschreckbäder mit einer Verschlußvorrichtung angewandt werden. Die Erfindung bdrifft daher auch einen Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere einen Vakuumofen mit einer geschlossenen Abschreckkammer, der durch eine an das Innere der Absohreckkammer angeschlossene Einrichtung zur Erhöhung Obs Druoks in dieser gekennzeichnet ist. Die Einrichtung zur Erhöhung des Drucks weist zweckmäßigerweise ein Pumpsystem und ein Überdruckventil auf. Ferner kann die Abschreckkammer mit einer Umwälzeinriohtung für das Abschreckmedium,z.B. Rührern, versehen sein.

Durch die Erfindung ist ein prinzipiell neuer Weg geschaffen, ' die Kühlgeschwindigkeit beim Abschrecken von Metallteilen zu steigern. Da eine kritische Abkühlungsgeschwindigkeit erreicht werden muß, ist es durch die Maßnahmen der Erfindunghunmehr möglich, die in einem Vorgang zu behandelnde Charge zu vergrößern bzw. die Oberfläche pro Gewichtseinheit, was auch die Möglichkeit schafft, größere Teile abzuschrecken. Das Verhält-

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nis der kritischen Oberfläche der Werkstücke zu ihrem Gewicht wird günstiger. Aufler der Tatsache, daß durch die einfache Maßnahme der Erfindung die Leistung vorhandener Ofen wesentlich vergrößert werden kann, werden qualitative Verbesserungen beim Härten dadurch erzielt« daß der Härtestreubereich verringert ist und eine gleichmäßige Härtung auoh in kompakten Chargen erzielbar ist.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vakuumofens dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine aohematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Dreikammer-Vakuumofens,

Pig. 2 eine Draufsicht auf den Ofen der Pig. I und

Fig. 3 eine Stirnseitenansicht auf die Abschreckkammer des Ofens der Fig. 1 und 2 unter Weglassung der Seitenwand um schematisch den Einblick in die Kammer zu ermöglichen.

Der Vakuumofen besitzt in seiner Mitte eine Heizkammer 1, der an zwei gegenüberliegenden Seiten eine Gasabschreckkammer 2 und eine ölabsehreckkammer 3 vorgeschaltet sind. Alle drei Kammern 1, 2 und 3 stehen über Vakuumleitungen 5 mit Vakuumpumpen 4 in Verbindung, wobei nicht näher bezeichnete Ventile dafür sorgen, daß alle drei Kammern 1,2 und 3 unabhängig voneinander evakuiert werden können.

Bei dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ölabsehreckkammer 3, die Heizkammer 1 und die Gasabsehreokkammer 2 waagerecht hinter einander liegend angeordnet, so daß die Gasabsöhreckkammer 2 und die ölabschreckkammer 3 von der Seite her beschickt werden können, zu welchem Zweck ein Beschickungswagen 7 vorgesehen ist.

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Die Trennung der aasabeohreokkammer 2 bzw. ölabschreokkammer 2 von der Heizkanuner 1 erfolgt jeweils durch eine Schleusentür 8, die von einem Hubzylinder 9 *us der in der Zeichnung dargestellten Stellung nach oben weggezogen werden kann. In der geschlossenen Stellung bewirkt die Schleusentür 8 über die in der Zeichnung dargestellten Kniehebel einen druckdichten Abschluß zwischen Abschreckkammer 2 bzw. 2 und Heizkanuner 1.

Die Heizkammer 1 besteht aus einem quarderförmlgen Isoliergehäuse 11, das an den beiden Stirnseiten mit nach oben verfahrbaren Heizkammertüren 12 versehen ist, die durch einen Hubzylinder 16 betätigt werden. Innerhalb des Isoliergehäuses 11 sind mehrere Heizelemente 13 angeordnet, die elektrisch beheizt werden und die auf Tragelementen 15 ruhenden Chargen aufheizen. Die im wesentlichen aus dem Isoliergehäuse 11 bestehende Heizkammer 1 befindet sich in einem zylindrischen Druckbehälter 14, der an den Stirnseiten von den voranstehend erwähnten Schleusentüren ab abgedichtet werden kann.

Die Qasabsohreokkammer 2 besteht im wesentlichen aus einem Druckbehälter 21, der mit einer Fronttür 22 versehen ist, welche druckdicht abgeschlossen werden kann. Im Inneren des Druckbehälter s 21 ist eine Beschickungsvorrichtung 25 vorgesehen, mit deren Hilfe ein Chargierkorb bei geöffneter Schleusentür 8 und geöffneter Heizkammertür 12 in die Heizkammer 1 gefahren bzw. aus der Heizka«mer 1 abgezogen werden kann. Die Oasabschreokkammer 2 ist mit einer nicht"dargestellten Gasleitung und ebenfalls nicht dargestellten Wärmeaustausohelementen versehen, die zum Abkühlen des in die Gasabsohreokkammer 2 einblasbaren Inertgases bestimmt sind, das zusätzlich durch einen Ventilator (in der Zeichnung ohne Bezugszeichen dargestellt) umgewälzt werden kann.

Auch die'ölabschreokkameer 3 besitzt einen Druckbehälter 24, der durch eine Fronttür 25 verschließbar ist. Unterhalb des Druckbehälters 24 ist weiterhin ein Ölbehälter 26 angeordnet, dessen

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ölfüllung durch eine ölumw&lζvorrichtung 27« bestehend aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten Propellerrührern, besteht« in Umlauf versetzt werden kann. Eine in der ölabschreckkammer 3 vorhandene Beschickungsvorrichtung 28 erraöglüit im Gegensatz zur Beschickungsvorrichtung 2J der Gasabschreckkammer 2 nicht nur eine waagerechte Be- und Entladung der Heizkammer 1, sondern auch ein senkrechtes Absenken von Chargierkörben in den ölbehälter 26 zum Abschrecken der Gharge.

An den Druckbehälter 24 ist eine Einrichtung zur Erhöhung des Drucks 29 angeschlossen, die im wesentlichen aus einem Pumpsystem besteht, das zu einer Druckerhöhung in der ölabsohreckkammer 3 auf bis zu 2,5 Bar geeignet ist. Der ölbehälter 26 ist ferner mit einem Überdruckventil 30 versehen.

Mit dem voranstehend beschriebenen Vakuumofen ist ein kontinuierlicher Betrieb der Heizkammer 1 möglich, wenn die Chargen in einer Richtung durch den Vakuumofen transportiert werden. Wenn eine Abschreckung in öl vorgenommen werden soll, wird die Heizkammer 1 durch die Gasabschreckkammer 2 beschickt,die in diesem Fall nur als Schleuse wirkt. Auf diese Weise kann die in der Heizkammer 1 aufgeheizte Charge in die ölabschreckkammer 5 transportiert und in der ölabschreokkammer 5 abgeschreckt werden. Vor Beginn des Abschreckens wird mittels der Einrichtung zur Druckerhöhung 29 ein gewünschtes Druckmedium, beispielsweise Inertgas, in den Druckbehälter 24 gepumpt, bis über dem ölbad ein Druck von normalerweise 1,2 Bar bis 1,5 Bar eingestellt ist. Es wird dodann das Absenken der Charge mit der Beschickungsvorrichtung 28 in das ölbad vorgenommen. Hierbei ist die ölumwälzvorrichtung 27 zwecks weiterer Erhüung der der Kühlgeschwindigkeit eingeschaltet.

Nach dem Abschrecken kann die Charge der ölabschreckkammer 3 durch die Fronttür 25 entnommen werden.

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Claims

Verfahren zum Abschrecken von Metallteilen in einem flüssigen Abschreckmedium, bei dem die auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzten Metallteile in das Abschreckmedium getaucht werden,

dadurch gekennzeichnet, daß auf den Spiegel des Abschreckmediums ein gegenüber normalem Atmosphärendruck erhöhter Druck aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhung auf bis zu 2,5 Bar vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhöhe im geschlossenen Abschrecksystem auf 1,2 bis 2,0 Bar eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile aus Kugellagerstahl sind und die Druckhöhe im System auf 1,2 Bar eingestellt wird, wobei das Abschreckmedium ein Härteöl ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschreckmedium während des Abschreckvorgangs umgewälzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck derart erhöht wird, daß das Abschreckmedium während des Abschreckvorganges unterhalb seiner Siedetemperatur verbleibt.
7· Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere Vakuumofen mit geschlossener ölabschreckkammer zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine an das Innere der Abschreckkammer angeschlossene Einrichtung zur Erhöhung des auf dem Abschreckmedium stehenden Drucks.

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ORIGINAL INSPECTED
8. Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet« daß die Einrichtung zur Erhöhung des Drucks ein Pumpsystem, Insbesondere für Inertgas 1st und daß die Absehreckkammer mit einem Überdruckventil versehen 1st.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckkammer mit einer Umwälzeinrichtung für das Abschreckmifllum, vorzugsweise mit Rührern, versehen ist.

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