DE102012015844B4 - Process for the heat treatment of components - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen (3), bei dem die Bauteile (3) in ein in einer Wärmekammer (1) befindliches fluidisiertes Sandbett (2) einer Wärmebehandlungsanlage eingesetzt werden, wobei die Fluidisierung des Sandbetts (2) abgestellt wird, nachdem ein Bauteil (3) in das fluidisierte Sandbett (2) eingesetzt wurde, dass dann das für eine vorgegebene Verweildauer im statischen Sandbett (2) eingebettete Bauteil (3) einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und dass nach der Wärmebehandlung eine erneute Fluidisierung des Sandbetts (2) erfolgt und das Bauteil (3) aus dem fluidisierten Sandbett (2) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandbett (2) während der Wärmebehandlung wenigstens einmal kurzzeitig fluidisiert und dabei das Bauteil (3) gedreht oder in anderer Weise bewegt wird, und dass danach die Wärmebehandlung im statischen Sandbett (2) fortgesetzt wird.Method for heat treatment of components (3), in which the components (3) are inserted into a fluidized sand bed (2) of a heat treatment plant in a heat chamber (1), the fluidization of the sand bed (2) being stopped after a component ( 3) in the fluidized sand bed (2) was used, that then for a given residence time in the static sand bed (2) embedded component (3) is subjected to a heat treatment, and that after the heat treatment, a re-fluidization of the sand bed (2) and the component (3) is removed from the fluidized sand bed (2), characterized in that the sand bed (2) during the heat treatment briefly fluidized at least once while the component (3) is rotated or moved in any other way, and that thereafter Heat treatment in the static sand bed (2) is continued.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen, insbesondere dünnwandigen Bauteilen für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for heat treatment of components, in particular thin-walled components for motor vehicles, according to the preamble of patent claim 1.

Im Fahrzeugbau werden verstärkt dünnwandige Druckgussteile verwendet, die zur Erzielung gewünschter Bauteileigenschaften einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Durch eine gezielte Wärmebehandlung von Fahrzeugbauteilen kann eine Verbesserung der Verformungseigenschaften erreicht werden, was insbesondere bei Unfällen wesentlich ist. Das Lösungsglühen ist ein bekanntes Wärmebehandlungsverfahren, bei dem ein Bauteil in einer Wärmekammer über eine vorgegebene Verweildauer wärmebehandelt wird. Bei herkömmlichen Verfahren beträgt die Verweildauer je nach Größe und Beschaffenheit des Bauteils ca. 1 bis 2 Stunden.In vehicle construction, thin-walled die-cast parts are increasingly used, which are subjected to a heat treatment in order to achieve desired component properties. By a targeted heat treatment of vehicle components, an improvement in the deformation properties can be achieved, which is essential in particular in accidents. Solution heat treatment is a known heat treatment process in which a component in a heat chamber is heat treated for a predetermined residence time. In conventional methods, the residence time is about 1 to 2 hours, depending on the size and nature of the component.

Aus der DE 103 49 425 A1 ist ein Wärmebehandlungsverfahren zur Reinigung von durch Polymerablagerungen verschmutzten Maschinenteilen in einem Wirbelbettofen bekannt. In der Wärmekammer des Wirbelbettofens befindet sich pulverförmiges oder feinkörniges Wirbelgut, welches mittels eines Gases fluidisiert und auf eine Wärmebehandlungstemperatur aufgeheizt wird. In das fluidisierte Wirbelbett kann ein zu reinigendes Maschinenteil eingesetzt werden, um dort durch eine entsprechende Begasung von Ablagerungen befreit zu werden. Die Wärmebehandlung wird dabei bevorzugt bei einer Betriebstemperatur von etwa 400° Celsius bis 500° Celsius durchgeführt.From the DE 103 49 425 A1 For example, a heat treatment process is known for cleaning polymer parts contaminated by polymer deposits in a fluidized bed furnace. In the heat chamber of the fluidized bed furnace is powdery or fine-grained fluidized material, which is fluidized by means of a gas and heated to a heat treatment temperature. In the fluidized fluidized bed, a machine part to be cleaned can be used in order to be freed from deposits there by a suitable fumigation. The heat treatment is preferably carried out at an operating temperature of about 400 ° Celsius to 500 ° Celsius.

Auch aus der DE 197 25 861 A1 ist ein Verfahren zur thermischen Reinigung von Gegenständen in einem beheizten Sand-Wirbelbett bekannt. Hier wird das Wirbelbett ebenfalls bei einer Temperatur von etwa 400° bis 500° Celsius fluidisiert, um Polymerreste zu pyrolysieren und/oder zu verdampfen.Also from the DE 197 25 861 A1 a method for thermal cleaning of objects in a heated sand fluidized bed is known. Here, the fluidized bed is also fluidized at a temperature of about 400 ° to 500 ° Celsius to pyrolyze polymer residues and / or to evaporate.

Aus der JP 2005 233 571 A ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen bekannt, bei dem ein zu behandelndes Bauteil zunächst in ein fluidisiertes Granulatmaterial eingesetzt wird. Während einer dann vorgenommenen Wärmebehandlung wird die Fluidisierung gestoppt. Das Granulat wird erst dann wieder fluidisiert, wenn das Bauteil nach der Wärmebehandlung aus dem Granulat wieder entnommen wird. Aus der US 2003/0173007 A1 ist ein weiteres Verfahren für die Wärmebehandlung eines Bauteils in einem Wirbelbett bekannt. Gleiches trifft auch auf die GB 732 101 A und auf die JP 2002 275 567 A zu.From the JP 2005 233 571 A a method for the heat treatment of components is known in which a component to be treated is first used in a fluidized granular material. During a heat treatment then the fluidization is stopped. The granules are only fluidized again when the component is removed again after the heat treatment from the granules. From the US 2003/0173007 A1 Another method for the heat treatment of a component in a fluidized bed is known. The same applies to the GB 732 101 A and on the JP 2002 275 567 A to.

Diese bekannten Wärmebehandlungsverfahren sind nicht zur Durchführung eines Lösungsglühens vorgesehen, mit dem aus Legierungen bestehende Bauteile wärmebehandelt werden, um homogene Gefüge- und Werkstoffeigenschaften zu erhalten.These known heat treatment processes are not intended for carrying out a solution annealing, with which components consisting of alloys are heat-treated, in order to obtain homogeneous structural and material properties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen in einem Sandbett anzugeben, mit dem eine Wärmebehandlung der Bauteile bei Einhaltung einer hohen Maßhaltigkeit durchgeführt werden kann.The invention has for its object to provide a method for heat treatment of components in a sand bed, with which a heat treatment of the components can be carried out while maintaining a high dimensional accuracy.

Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.The solution to this problem is obtained by the features specified in claim 1. Particularly advantageous developments of the method according to the invention are disclosed in the subclaims.

Gemäß dem Patentanspruch 1 wird bei dem Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen die Fluidisierung des Sandbetts abgestellt, nachdem ein zur Wärmebehandlung vorgesehenes Bauteil in das fluidisierte Sandbett eingesetzt wurde. Daraufhin wird das im statischen Sandbett eingebettete und dadurch fixierte Bauteil für eine vorgegebene Verweildauer einer Wärmebehandlung unterzogen. Nach der Wärmebehandlung erfolgt eine erneute Fluidisierung des Sandbetts und das Bauteil wird aus dem fluidisierten Sandbett entnommen. Durch die Fluidisierung des Sandbetts erhält dieses einen fließfähigen Zustand, der ein problemloses Eintauchen und Entnehmen eines Bauteils ermöglicht. Während der eigentlichen Wärmebehandlung ist aber die Fluidisierung abgestellt, so dass das Bauteil im statischen Sand fixiert ist, wodurch für das Bauteil eine wesentlich höhere Maßhaltigkeit erreicht wird, als wenn das Bauteil in einem fluidisierten Sandbett einer Wärmebehandlung unterzogen würde. Durch die Fixierung des Bauteils durch das statische Sandbett ergibt sich der weitere Vorteil, dass höhere Prozesstemperaturen zur Wärmebehandlung angewendet werden können. Dadurch lässt sich die erforderliche Zeit für den Wärmebehandlungsprozess deutlich verkürzen. Die Dauer des Lösungsglühens für ein Bauteil kann je nach Beschaffenheit des Bauteils von ca. 1 bis 2 Stunden auf etwa 5 bis 10 Minuten reduziert werden.According to claim 1, in the method for heat treatment of components, the fluidization of the sand bed is turned off after a provided for heat treatment component was inserted into the fluidized sand bed. Subsequently, the component embedded in the static sand bed and thus fixed is subjected to a heat treatment for a predetermined residence time. After the heat treatment, a re-fluidization of the sand bed takes place and the component is removed from the fluidized sand bed. The fluidization of the sand bed gives it a flowable state, which allows easy immersion and removal of a component. During the actual heat treatment, however, the fluidization is turned off, so that the component is fixed in the static sand, whereby a much higher dimensional stability is achieved for the component than if the component were subjected to a heat treatment in a fluidized sand bed. The fixation of the component by the static sand bed has the further advantage that higher process temperatures can be used for heat treatment. This significantly reduces the time required for the heat treatment process. Depending on the nature of the component, the duration of solution annealing for a component can be reduced from approx. 1 to 2 hours to approx. 5 to 10 minutes.

Je nach Beschaffenheit des Bauteils, welches einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wird während der Wärmebehandlung wenigstens einmal kurzzeitig das Sandbett fluidisiert und dabei das Bauteil gedreht oder in anderer Weise bewegt, um danach die Wärmebehandlung im statischen Sandbett fortzuführen. Diese Maßnahme ist gerade bei komplexen Bauteilen dazu geeignet, dass eine möglichst gleichmäßige Wirkung der Wärmebehandlung am Bauteil erreicht wird.Depending on the nature of the component which is subjected to a heat treatment, the sand bed is at least once briefly fluidized during the heat treatment, thereby rotating or otherwise moving the component in order to then continue the heat treatment in the static sand bed. This measure is particularly suitable for complex components that the most uniform effect of the heat treatment on the component is achieved.

Um als Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei metallischen Bauteilen im Sandbett durchzuführen, wird das Sandbett bevorzugt auf einer Wärmebehandlungstemperatur von 500° Celsius bis 600° Celsius gehalten. Damit können aus metallischen Legierungen bestehende Bauteile, wie sie im Fahrzeugbau eingesetzt werden, mit hoher Maßhaltigkeit und gleichzeitig geringer Verweildauer im Sandbett wärmebehandelt werden.In order to carry out a solution annealing in metallic components in the sand bed as heat treatment, the sand bed is preferably kept at a heat treatment temperature of 500 ° Celsius to 600 ° Celsius. In this way, components consisting of metallic alloys, as used in vehicle construction, can be heat-treated in the sand bed with high dimensional accuracy and, at the same time, a short residence time.

Die Verweildauer während der Wärmebehandlung kann insbesondere weniger als 15 Minuten betragen, was eine erhebliche Zeitersparnis gegenüber herkömmlichen Verfahren darstellt.In particular, the residence time during the heat treatment can be less than 15 minutes, which represents a considerable time saving over conventional methods.

Die Fluidisierung des Sandbetts wird vorzugsweise bei geringem Überdruck durchgeführt, um eine geeignete Fließfähigkeit zu erreichen, die ein problemloses Eintauchen bzw. Entnehmen eines Bauteils in den bzw. aus dem fluidisierten Sand ermöglicht.The fluidization of the sand bed is preferably carried out at a slight overpressure in order to achieve a suitable flowability which allows a problem-free immersion or removal of a component into and out of the fluidized sand.

In der Wärmekammer, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden soll, befindet sich ein fluidisierbares Sandbett, welches vorzugsweise aus Zirkonsand besteht. Versuche haben gezeigt, dass die Verwendung von Zirkonsand aufgrund seiner hohen Wärmekapazität besonders gut geeignet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.In the heat chamber in which the process according to the invention is to be carried out, there is a fluidizable sand bed, which preferably consists of zircon sand. Experiments have shown that the use of zircon sand is particularly well suited due to its high heat capacity in order to carry out the method according to the invention.

Alternativ kann anstelle von Zirkonsand auch jeglicher anderer geeigneter Sand verwendet werden. Insbesondere eignen sich Sande mit hoher Dichte und hoher Wärmekapazität.Alternatively, any other suitable sand may be used instead of zircon sand. In particular, sands with high density and high heat capacity are suitable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention will be explained with reference to an embodiment shown in the drawing.

Die einzige Zeichnungsfigur 1 zeigt schematisch dargestellt eine Wärmekammer mit einem in einem Sandbett einliegenden Bauteil.The only drawing figure 1 schematically shows a heat chamber with an inset in a sand bed component.

Die in 1 dargestellte Wärmekammer 1 ist Teil einer Wärmebehandlungsanlage und beinhaltet ein Sandbett 2 zum Beispiel aus Zirkonsand. Im Sandbett 2 liegt ein metallisches Bauteil 3 für ein Kraftfahrzeug ein, welches einer Wärmebehandlung unterzogen werden soll. Das Sandbett 2 kann durch über einen Strömungskanal 4 eingespeistes Gas entsprechend der Pfeilrichtung 5 fluidisiert werden. Das einströmende Gas wird hierzu über einen Strömungsverteiler 6 gleichmäßig verteilt in das Sandbett 2 von unten eingeleitet, was durch mehrere Pfeile 7 angedeutet ist. Im oberen Bereich der Kammer 1 wird das Gas über einen Abgaskanal 8 aus der Kammer 1 entsprechend der Pfeilrichtung 9 ausgeleitet.In the 1 shown heat chamber 1 is part of a heat treatment plant and includes a sand bed 2 for example, zircon sand. In the sand bed 2 lies a metallic component 3 for a motor vehicle which is to be subjected to a heat treatment. The sandbed 2 can through a flow channel 4 fed gas according to the direction of the arrow 5 be fluidized. The incoming gas is for this purpose via a flow distributor 6 evenly distributed in the sand bed 2 initiated from below, resulting in several arrows 7 is indicated. In the upper area of the chamber 1 the gas is passing through an exhaust duct 8th out of the chamber 1 according to the arrow direction 9 discharged.

Das im Sandbett 2 einliegende Bauteil 3 befindet sich in einem Käfig 10, der gas- und sanddurchlässig ist. Der Käfig 10 dient zur Handhabung des Bauteils 3, insbesondere um das Bauteil 3 in das Sandbett 2 einsetzen und aus dem Sandbett 2 nach der Wärmebehandlung wieder entnehmen zu können.That in the sand bed 2 embedded component 3 is in a cage 10 which is gas and sand permeable. The cage 10 serves to handle the component 3 , in particular around the component 3 in the sand bed 2 insert and out of the sand bed 2 to be able to remove again after the heat treatment.

Zur Beheizung der Wärmekammer 1 sind im Ausführungsbeispiel im Bereich der Seitenwände und des Bodens der Wärmekammer 1 Heizelemente 11 angeordnet, die grundsätzlich auch innerhalb der Kammer 1 angeordnet sein könnten. Beispielhaft können die Heizelemente, zum Beispiel Heizstäbe, auch unmittelbar im Sandbett liegen. Die Heizelemente 11 werden von einer Steuereinrichtung 12 so beaufschlagt, dass eine vorgegebene Betriebstemperatur im Sandbett erhalten wird. Außerdem kann das zur Fluidisierung zugeführte Gas auf eine entsprechende Betriebstemperatur erwärmt werden, bevor es über den Strömungskanal 4 der Wärmekammer 1 zugeführt wird.For heating the heating chamber 1 are in the embodiment in the region of the side walls and the bottom of the heat chamber 1 heating elements 11 arranged, which in principle also within the chamber 1 could be arranged. By way of example, the heating elements, for example heating rods, can also lie directly in the sand bed. The heating elements 11 be from a controller 12 so acted that a predetermined operating temperature is obtained in the sand bed. In addition, the gas supplied for fluidization may be heated to an appropriate operating temperature before passing it over the flow channel 4 the heating chamber 1 is supplied.

Zur Wärmebehandlung eines Bauteils 3 wird dieses zunächst von oben in das fluidisierte Sandbett 2 eingesetzt, bis es sich in der dargestellten Position befindet. Nun wird die Gaszufuhr über den Strömungskanal 4 gestoppt, wodurch auch die Fluidisierung des Sandbetts 2 gestoppt wird. Das Sandbett 2 ist dann ein statisches Sandbett, in welchem das Bauteil 3 eingebettet und dadurch fixiert ist. In diesem fixierten Zustand erfolgt die eigentliche Wärmebehandlung des Bauteils 3 für eine vorgegebene Verweildauer, beispielsweise bei 500° Celsius. Sobald die Wärmebehandlung abgeschlossen ist, wird wieder Gas über den Strömungskanal 4 zur Fluidisierung des Sandbetts 2 zugeführt, damit das Bauteil 3 wieder aus dem fluidisierten Sandbett 2 entnommen werden kann.For heat treatment of a component 3 This is first from the top into the fluidized sand bed 2 inserted until it is in the position shown. Now the gas supply via the flow channel 4 stopped, which also causes the fluidization of the sand bed 2 is stopped. The sandbed 2 is then a static sand bed, in which the component 3 embedded and thereby fixed. In this fixed state, the actual heat treatment of the component takes place 3 for a given residence time, for example at 500 ° Celsius. Once the heat treatment is complete, gas is returned via the flow channel 4 for fluidizing the sand bed 2 supplied to the component 3 again from the fluidized sand bed 2 can be removed.

Eine erfindungsgemäße Verfahrensvariante besteht darin, dass während der Wärmebehandlung wenigstens einmal ein kurzzeitiges Fluidisieren des Sandbetts 2 erfolgt und dabei das Bauteil 3 in seiner Lage verändert wird. Das Bauteil 3 kann beispielsweise durch Drehung um eine vertikale Achse 13 in seiner Lage verändert werden. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, das Bauteil 3 während der kurzzeitigen Fluidisierung um eine horizontale Achse zu drehen, um dann die weitere Wärmebehandlung im statischen Sandbett 2 fortzuführen.A variant of the method according to the invention consists in that during the heat treatment at least once a short time fluidizing of the sand bed 2 takes place while the component 3 changed in its position. The component 3 For example, it can be rotated around a vertical axis 13 to be changed in his position. In principle, there is also the possibility of the component 3 during the short-term fluidization to rotate about a horizontal axis, then the further heat treatment in the static sand bed 2 continue.

Claims (4)

Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen (3), bei dem die Bauteile (3) in ein in einer Wärmekammer (1) befindliches fluidisiertes Sandbett (2) einer Wärmebehandlungsanlage eingesetzt werden, wobei die Fluidisierung des Sandbetts (2) abgestellt wird, nachdem ein Bauteil (3) in das fluidisierte Sandbett (2) eingesetzt wurde, dass dann das für eine vorgegebene Verweildauer im statischen Sandbett (2) eingebettete Bauteil (3) einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und dass nach der Wärmebehandlung eine erneute Fluidisierung des Sandbetts (2) erfolgt und das Bauteil (3) aus dem fluidisierten Sandbett (2) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandbett (2) während der Wärmebehandlung wenigstens einmal kurzzeitig fluidisiert und dabei das Bauteil (3) gedreht oder in anderer Weise bewegt wird, und dass danach die Wärmebehandlung im statischen Sandbett (2) fortgesetzt wird.Method for heat treatment of components ( 3 ), in which the components ( 3 ) in a heat chamber ( 1 ) located fluidized sand bed ( 2 ) are used in a heat treatment plant, wherein the fluidization of the sand bed ( 2 ) is turned off after a component ( 3 ) into the fluidized sand bed ( 2 ) was used, then that for a given residence time in the static sand bed ( 2 ) embedded component ( 3 ) is subjected to a heat treatment, and that after the heat treatment, a re-fluidization of the sand bed ( 2 ) takes place and the component ( 3 ) from the fluidized sand bed ( 2 ), characterized in that the sand bed ( 2 ) fluidized at least once during the heat treatment and thereby the component ( 3 ) or otherwise moved, and thereafter the heat treatment in the static sand bed ( 2 ) is continued. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei Temperaturen von 500°C bis 600°C erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that as a heat treatment solution annealing at temperatures of 500 ° C to 600 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer des Bauteils (3) zur Durchführung eines Lösungsglühens im statischen Sandbett (2) weniger als 15 Minuten beträgt.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the residence time of the component ( 3 ) for performing solution annealing in the static sand bed ( 2 ) is less than 15 minutes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidisierung des Sandbetts (2) bei geringem Überdruck erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fluidization of the sand bed ( 2 ) occurs at low pressure.
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