DD283421A5 - Verfahren zur waermebehandlung metallischer werkstuecke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Waermebehandlung metallischer Werkstuecke. Bei der Waermebehandlung metallischer Werkstuecke in einem Vakuumofen mit Gasabschreckung wird eine Abschreckintensitaet vergleichbar in einem OElbad erreicht, wenn als Kuehlgas Helium, Wasserstoff, Gemische zwischen diesen oder Gemische aus Helium und/oder Wasserstoff mit bis zu 30 * Inertgas verwendet wird, der Druck "p" im Ofen auf Werte zwischen 1 und 4 MPa einstellt und fuer die Gasumwaelzgeschwindigkeit "v" ein Wert zwischen 10 und 250 mMPasec 1, bezogen auf das Produkt pv eingestellt wird.{Waermebehandlung metallischer Werkstuecke; Vakuumofen; Gasabschreckung; Abschreckintensitaeten; OElbad; Kuehlgas; Helium; Wasserstoff; Gemische; Inertgas}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstück j in einem Vakuumofen durch Aufheiznn der Werkstücke und anschließendes Abschrecken in einem Kühlgas unter Überdruck und Kühlgasumwälzung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Härten metallischer Werkstücke, insbesondere Werkzeuge, werden diese in einem Ofen auf die Austenitisierungstemperatur des Werkstoffs erhitzt und dann abgeschreckt. Je nach Werkstoffart und gewünschter mechanischer Eigenschaften sind zum Abschrecken Bäder aus Wasser, Öl oder geschmolzenen Salzen erforderlich. Teile aus Schnellarheitsstählen und anderen hochlegierten Werkstoffen können auch in Inertgasen abgeschreckt werden, wenn diese kontinuierlich gekühlt und umgewälzt werden.

In der DE-PS 2839807 und der DE-PS 2844343 werden Vakuumöfen beschrieben, in denen zum Abschrecken Kühlgase mit hoher Gasgeschwindigkeit und mit Drücken bis zu 0,6MPa (6 bor) über die aufgeheizten Werkstückchargen und anschließe ;d über Wärmetauscher geleitet werden. Die erforderlichen hohen Kühlgasgeschwindigkeiten werden mit Hilfe von Düsen oder Ventilatoren erreicht. Höhere Abschreckgeschwindigkeiten können im Prinzip durch Erhöhung des Kühlgasdrucks erzielt werden, doch wird bei den derzeit verwendeten Kühlgasen (z. B. Stickstoff, Argon) nur einen Überdruck bis zu etwa 0,6 MPa erreicht. Die Anwendung höherer Drücke wird durch die Motorleistung begrenzt, die zur Umwälzung der komprimierten Gase erforderlich ist. Bei Verwendung von Stickstoff als Kühlgas mit 0,6 MPa Überdruck beträgt die erforderliche Motorenleistung bei einem Ventilator bereits über 100kW. Motoren mit höheren Leistungen sind aber sehr voluminös, teuer und für einen Einbau in einen Vakuumofen normalerweise nicht geeignet.

Durch diese technisch bedingte Begrenzung der Kühlgasumwälzung und des Kühlgasdrucks war es bisher nicht möglich, höhere Abschreckintensitäten mit Kühlgasen zu erreichen, so daß das Abschreckverfahren mit Kühlgasen auf spezielle Werkstoffe beschränkt ist.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke in Anwendung zu bringen, das mit kostengünstigen Parametern arbeitet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke in einem Vakuumofen durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken in einem Kühlgas unter Überdruck und K ^!gasumwälzung zu schaffen, mit dem eine höhere Abschreckintensität erzielbar ist, ohne die Motorenleistung für die Kühlgasumwälzung erhöhen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Kühlgas Helium, Wasserstoff, Gemische aus Helium und Wasserstoff oder Gemische aus Helium und/oder Wasserstoff mit bis zu 30 Vol.-% Inertgas verwendet werden, daß der Kühlgasdruck „p" im Ofen bei der Abschreckung auf Werte zwischen 1 und 4MPa eingestellt wird, und daß die Kühlgasgeschwindigkeit „v" so gewählt wird, daß das Produkt ρ · ν zwischen 10 und 250m MPa see"¹ liegt.

Vorzugsweise wird als Kühlgas Helium oder Heliumgemische mit bis zu 30 Vol.-% Wasserstoff und/oder Inertgasen verwendet.

Als günstig hat es sich erwiesen, im Ofen einen Kühlgasdruck zwischen 1,4 und 3,0MPa einzustellen und die Kühlgasumwälzung mit einem Ventilator vorzunehmen.

Die Kühlgasgeschwindigkeit „V bezieht sich auf den Austritt aus den Kühlgasverteilungsrohren.

Es hat sich überraschenderweise erwiesen, daß bei Verwendung von Helium und/oder Wasserstoff bzw. deren Gemische mit bis zu 30 Vol.-% Inertgas, wiez. B. Stickstoff, als Kühlgas in den entsprechenden Öfen Drücke bis zu 4MPa eingestellt werden können, ohne daß die Motorleistung der verwendeten Ventilatoren erhöht werden müssen. Dadurch wird die Kühlwirkung der Gase derart verstärkt, daß ein wesentlich breiteres Spektrum von Stählen gehärtet wr-de.i kann, auch solche Stahlsorten, die man bisher in einem Ölbad abschrecken mußte. Diese Hochdruck-Gasabschreckung hat gegenüber flüssigen Abschreckmedien verfahrenstechnische und wirtschaftliche Vorteile. Außerdem ist sie umweltfreundlicher.

Bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrens werden die Stahlteile in einem für diesen Zweck üblichen Vakuumofen aufgeheizt. Dabei wird der Ofen vorteilhafterweise mit dem Helium- bzw. Wasserstoffgas bereits zu Beginn der Aufheizuny mit eiwa 2 MPa Druck geflutet und das Gas mit einem Ventilator umgewälzt. Das hat den Vorteil, daß die Wärmeübertragung auf die Stahlteile nicht durch Strahlung sondern durch Konvektion erfolgt, was ein gleichmäßiges Aufheizen der Charge und eine beträchtliche Verkürzung der Aufheizzeit zur Folge hat. Oberhalb 750°C wird das Gas aus dem Ofen entfernt und unter Vakuum weitererhitzt. In diesem Temperaturbereich ist die Strahlungserwärmung sehr wirksam und ein Schutzgas zur Erwärmung der Chargen nicht notwendig. Nach Erreichen der jeweiligen Austenitisierungstemperatur, die zwischen 800 und 1300⁰C liegen kann, wird zum Abkühlen der Charge der Ofen mit kaltem Kühlgas bis zu 4MPa Überdruck geflutet. Das Kühlgas wird mit Hilfe eines Ventilators umgewälzt, nach Verlassen des Ofeninnenraumes über einen Wärmetauscher abgekühlt und erneut der Charge zugeleitet. Diese Umwälzung erfolgt solange, bis die Charge abgekühlt ist. Die Gasgeschwindigkeit wird dabei mit Hilfe des Ventilators so eingestellt, daß das Produkt ρ · ν zwischen 10 und 250m MPa · see"' liegt. Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

Ein Bauteil mit etwa 10mm Durchmesser aus dem niedriglegierten Stahl 100Cr6 wird in einem Vakuumofen auf die Austenitisierungstemperatur von etwa 85O⁰C erwärmt. Nach Erreichen dieserTemperatur wird der Ofen mit Helium bis zu einem Überdruck von 1,6MPa geflutet, wobei bei einer Gasgeschwindigkeit von 65m · see'¹ in 16secdie Probe auf 400°C heruntergekühlt war, was der Abkühlgeschwindigkeit in einem Ölbad entspricht. Man erhält einen martensitischen Gefügezustand mit einer Härte von 64HRC. Mi'. den bisher bekannten Gasabschreckungsverfahren läßt sich der Stahl 1006Cr nicht härten.

Claims (4)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke in einem Vakuumofen durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken in einem Kühlgas unter Überdruck und Kühlgasumwälzung, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas Helium, Wasserstoff, Gemische aus Helium und Wasserstoff oder Gemische aus Helium und/oder Wasserstoff mit bis zu 30 Vol.-% Inertgas verwendet werden, daß der Kühlgasdruck „p" im Ofen bei der Abschreckung aufwerte zwischen 1 und 4MPa eingestellt wird, und daß die Kühlgasgeschwindigkeit „V" so gewählt wird, daß das Produkt ρ · ν zwischen 10 und 250m · MPa · see"¹ liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas Helium oder Heliumgemische mit bis zu 30 Vol.-% Wasserstoff und/oder Inertgasen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen bei der Abschreckung ein Kühlgasdruck zwischen 1,4 und 3,0 MPa eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgasumwälzung mit einem Ventilator erfolgt.