DE1758058A1 - Vorrichtung zur Waermebehandlung - Google Patents

Description

Zur Wärmebehandlung gewisser Metalle sind relativ hohe Temperaturen erforderlich, die einen Wert von 1100 G erreichen können, z.B. wenn die Wärmebehandlung zum Zwecke der Lösung von Titanlegierungen erfolgt.

Im allgemeinen wird zu einer solchen Wärmebehandlung ein Ofen mit beweglichem Boden verwendet, der einen ersten Raum zur Erwärmung des Metalls in einer Schutzatmosphäre und einen zweiten Raum oder einen Trog zum Härten des Metalls besitzt. Wenn es sich um Titanlegierungen handelt, wird das Metall normalerweise nach der Erwärmung abgeschreckt und anschließend bei einer mittleren Temperatur von etwa 480 C angelassen. Wenn Temperaturen oberhalb von 650° G auftreten, muß die Unterlage für die Beschickung innerhalb des Heizraums aus einem geeigneten Material bestehen, welches den erhöhten Temperaturen standhalten kann. Man verwendet daher im allgemeinen eine sehr widerstandsfähige Legierung und nimmt in Kauf, daß die Unterlage der Charge gleichzeitig mit den zu behandelnden Metallen gehärtet wird. Es ist bekannt, daß Legierungen, die hohen Temperaturen standhalten können, jedoch gegenüber Temperaturstößen nur wenig widerstandsfähig sind. Die Unterlagen für die Charge werden spröde und bei den starken Belastungen, denen sie ausgesetzt sind, treten häufig Brü-

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ehe auf. Aus diesem Grund ist eine Wärmebehandlung von Metallen bei hoher Temperatur sehr kostspielig, denn es ist nötig, die Unterlagen häufig auszuwechseln.

Diese Nachteile, die bisher hauptsächlich bei der Wärmebehandlung von Nichteisenmetallen mit hohen Temperaturen in Kauf genommen wurden, sollen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beseitigt werden. Es ist daher das Ziel der Erfindung, den Aufbau eines Ofens zur thermischen Behandlung von Metal- ^ len so zu gestalten, daß während der Wärmebehandlung eine gleichzeitige Härtung der Unterlage für die Charge vermieden wird. Eine zu diesem Zweck geeignete Vorrichtung besteht erfindungsgemäß aus einem Heizraum zum Erwärmen einer Charge auf etwa 1100° C mit einer aus dem Heizraum herausziehbaren Unterlage für die Charge, einem Härteraum zum Abkühlen der Charge in einem Härtemedium und einer durch eine Öffnung in den Heizraum greifende Transportvorrichtung, die die Charge aufnimmt, die auf der Unterlage ruht, und sie bei herausgezogener Unterlage durch die öffnung befördert.

Die gesamte Ofenanlage ist im einzelnen wie folgt aufgebaut: Durch eine Umkleidung wird eine erste Kammer gebildet, ψ die an ihrer Unterseite eine abnehmbare Tür aufweist. Diese erste Kammer bildet den Heizraum, in dessen Innerem die Charge auf eine Temperatur von etwa 1100° C gebracht werden kann. Unterhalb des Heizraüms befindet sich eine zweite Kammer bzw.' ein Trog, der das Härtemedium enthält. Weiterhin ist ein zwischen beiden Kammern in vertikaler Richtung beweglicher Aufzug vorgesehen, der aus einer Reihe von Platten besteht. Die Unterlage für die Charge wird aus einer Anzahl starker, zürüökziehbarer Träger gebildet, die aus einer Legierung bestehen und sich parallel zu den Platten des Aufzuges eratrecken. Die" Platten können zwischen den Trägern hindurchgeschoben werdett, sodaß sie die Charge unterstützen, wenn der Aufzug hoöhgefäh-"

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ren ist. Wenn die Charge lange genug angewärmt ist, entfernt man zunächst die Tür zwischen den beiden Kammern und bewegt den Aufzug anschließend nach oben in Richtung des Heizraumes, so daß die Platten durch die Unterlage hindurchgreifen und ihrerseits das Auflager für die Charge bilden. Hierauf wird die Unterlage zurückgezogen und der Aufzug nach unten gefahren, so daß die Charge in das Härtemedium eintaucht. Nach Beendigung der Härtung fährt der Aufzug wieder nach oben und befördert die Charge erneut in den Heizraum, wo dann die Unterlage wieder eingeschoben wird. Wenn der Aufzug sich nun wieder senkt, g ruht die Charge auf den Trägern und verbleibt im Heizraum, wo sie einer weiteren Wärmebehandlung zum Anlassen des Metalls bei einer mittleren Temperatur unterworfen wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert.

Mg. 1 zeigt eine Ofenanlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt;

Fig* 2 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Anlage in der Ebene II-II der Pig. 1.

Die Anlage, die in den Figuren insgesamt mit 10 bezeichnet ist, hat eine äußere Umkleidung 12, die den Heizraum H umgibt. Die Umkleidung 12 ruht auf einer Reihe von Stützen 15 über einem Trog 16, der den Härteraum 18 bildet. In gegenseitigem horizontalen Abstand sind an der Umkleidung 12 zwei Aufnehmer 20 befestigt, die mit dem Inneren des Heizraumea H in Verbindung stehen, und die zurückEiehbaren Träger 22, die als Unterlage für die Charge dienen, umschließen. Die Aufnehmer befinden sich seitlich an der Umkleidung 12 unmittelbar über einer Öffnung 23. Jede der Unterlagen 22 wird im Inneren der Aufnehmer 20 in Lagern 24 geführt, wobei die Lager in die Nu-

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ten 26 an der Unterseite der Ghargenunterlagen eingreifen. Am äußeren Ende dieser Unterlagen ist ein Gestänge 28 befestigt, welches durch die Aufnehmer 20 nach außen führt, wo es mit einem Wagen 30 verbunden ist, v/elcher sich auf einer von einem Träger 34 gebildeten Rollbahn 32 verschieben läßt. Weiterhin sind innerhalb der Aufnehmer 20 unmittelbar über

den Unterlagen 22 regelbare Führungselemente 36 vorgesehen, um die Unterlagen auf gleicher Höhe zu halten. Diese Elemente bewirken einen nach oben gerichteten Druck auf die Unterlagen, wenn letztere durch die Charge belastet werden.

Längs den seitlichen Innenwänden der Umkleidung 12 befinden sich Heizelemente 38, um die Temperatur in dem Heizraum von 480° C bis auf 1100° C zu bringen, je nachdem wie es die Art der Wärmebehandlung erfordert. Als Heizelemente 38 können entweder elektrische Widerstände oder gasbeheizte Strahlerröhren verwendet werden. Dicht bei den Heizelementen 38 ist im Inneren des Raumes 14 noch eine Abschirmung 39 vorgesehen. Durch eine im einzelnen nicht dargestellte Zuführung kann ein Schutzgas, beispielsweise Argon, in den Heizraum 14 eingelassen werden, wobei ein Ventilator 40 dafür sorgt, daß dieses Schutzgas innerhalb des Raumes zirkuliert.

Direkt unterhalb des Heizraumes 14 befindet sich ein Zwischenraum 42 zur Beschickung, durch welchen die Charge 44 der Anlage zugeführt bzw. entnommen werden kann. Eine Tür 14 schließt den Heizraum gegenüber der Außenatmosphäre ab, so daß das Schutzgas während der Wärmebehandlung nicht aus dem Heizraum entweichen kann. Die Tür 46 besteht aus feuerfestem Kunststein 48 mit einer beidseitig vorspringenden Schulter 50 und ist mit einem metallischen Beschlag 52 unterlegt. Zwei waagerechte Träger 54 sind im Abstand zueinander unterhalb der Öffnung 23 angebracht, wobei jeder dieser Träger die Führung und Abstützung für einen metallenen Schlitten 56 bildet. Der Schlit-

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ten 56 gleitet innerhalb der Träger auf Rollen 58, die mit den Trägern 54 über Lager 60 in Verbindung stehen. Der Schlitten ist mit dem Türbeschlag 52 über Schwingarme 62 verbunden, wobei die Schwingarme sowohl an dem Schlitten als auch an dem Türbeschlag an Gelenken 63 und 64 schwenkbar aufgehängt sind. Die Träger 54 sind an einem Ende nach oben umgebogen, wobei innerhalb des gebogenen Teiles 66 ein Führungsgieid 68 gleiten kann, welches aus einer Rolle 70 besteht und mit dem Türbeschlag 52 verbunden ist. Am unteren Teil der Umkleidung 12 befindet sich eine Dichtung 71, welche die Öffnung 23 umschließt. Diese Dichtung bildet zusammen mit dem inneren, aus elastischem und geschmeidigem Material 73 bestehenden Teil eines ringförmigen Aufnehmers 72 einen sicheren Abschluß des Heizraumes 14» wenn die Tür 46 an der Öffnung 23 anliegt. Mit dem vorstehend beschriebenen Hechanismus ist es möglich, die Tür 46 so zu verschieben, daß sie entweder auf die Öffnung 23 aufgebracht oder von ihr entfernt werden kann, indem man den Schlitten 56 in horizontaler Richtung bewegt. Wenn der Heizraum 14 geöffnet werden soll, d.h. wenn die Tür 46 von der Öffnung 23 entfernt werden soll, bewegt man den zwischen den Trägern 54 befindlichen Schlitten 56 gemäß der Pig. 1 nach links, wobei das Pührungsglied 68 durch die Krümmung 66 nach unten gleitet. Die Schwingarme 62 pendeln dann um ihre Lager 63 und 64 derart, daß der Wagen 56 weiter nach links verschoben wird, und die Tür 46 senkrecht nach unten sinkt. Sobald die Tür 46 von der Öffnung 23 fortgenommen ist, und das Pührungsgleid 68 den tiefsten Punkt innerhalb der Krümmung 66 erreicht hat, hat sich der Metallbeschlag bis auf den Schlitten 56 gesenkt, und die gesamte Tür 46 kann seitlich nach links herausgezogen werden.

Wie bereits beschrieben, wird die Umkleidung 12 derart von einer Reihe von Stützen 15 getragen, daß sie sich in gewissem Abstand über der Sohle befindet. Unmittelbar unterhalb der Umkleidung 12 befindet sich der Raum zur Beschickung-42,

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durch welchen die Charge 44 in das Innere des Heizraumes 14 eingebracht werden kann, oder durch welche die Charge die Anlage. 10 verlassen kann, wenn der Prozeß der Wärmebehandlung beendet ist.

Unterhalb des Zwischenraumes 42 liegt ein mit dem Härtemedium 76 angefüllter Trog 16, der den Härteraum 18 bildet. Ein Aufzug 78, der in vertikaler Richtung zwischen dem Heizraum 14 und dem Trog 16 verschoben werden kann, enthält eine Anzahl horizontaler Platten 80, die auf zwei Trägern 82 ruhen. Die Träger ihrerseits liegen auf einer Reihe von Säulen 86, die auf der Plattform 84 befestigt sind. Die Länge der Plattform 84 überragt die Breite des Heizraumes 14 so weit, daß der äußere Rand 85 der Plattform seitlich weiter heraussteht als die Umkleidung 12. An den Ecken der Plattform sind Haltestangen 88 befestigt, die über Ketten 92 mit einer Zugvorrichtung verbunden sind. Die Platten 80 sind in vertikaler Richtung breiter als die Unterlage 22, und die Säulen 86 sind so hoch, daß die Platten genügend weit in das Innere des Heizraumes hineingeführt werden können, wenn der Aufzug hochgezogen ist, um auf diese Weise die auf ihrer Unterlage ruhende Charge 44 zu erfassen.

Bei Beginn eines Arbeitsganges steht der Aufzug zunächst in dem Zwischenraum 42, wobei die Charge 44 auf den Platten 80 liegt. Die Charge 44 kann außerdem noch mit einem gitterförmigen Rost unterlegt sein, dessen Material nur wenig widerstandsfähig zu sein braucht. Da dieser Rost zwischen der eigentlichen Unterlage und der Charge liegt, werden keine hohen Anforderungen an seine mechanische Festigkeit gestellt, und das hierzu verwendete Material muß lediglich die Temperatüren im Heizraum bei der darauffolgenden Härtung aushalten können. Wenn sich die Charge 44 in dem Zwischenraum 42 befindet, sind die Unterlagen 22 in das Innere ihrer Aufnehmer 20

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zurückgezogen, und die Tür 46 ist von der Heizraumöffnung entfernt. Wenn der Aufzug 78 sich nun nach oben bewegt, wird die Charge 44 in das Innere des Heizraums 14 "befördert. Sobald der Aufzug 78 seine höchste Stellung erreicht hat, können die Unterlagen 22 als Auflager für die Charge in den Heizraum 14 hineingefahren werden, wobei sie sich zwischen die Platten 80 schieben. Die einzelnen Träger 22 der Unterlage sind so ausgeführt, daß sie die Platten nicht berühren, und daß außerdem mit Rücksicht auf die Wärmeausdehnung ein genügend großer Zwischenraum bestehen bleibt. Wenn die Unterlage an ihrem vorgesehenen Plate ist und sich der Aufzug 78 absenkt, bleibt die ™ Charge auf den Trägern 22 liegen. Nun kann die Tür 46 auf die öffnung 23 aufgebracht werden, wobei das Zusammenwirken der Dichtungsteile 71 und 73 einen dichtenden Abschluß des Heizraums gegenüber der Umgebungsluft vermittelt. Hierauf kann das Schutzgas, beispielsweise Argon, in den Heizraum eingelassen werden, und die Heizelemente 38 können beginnen, das Gas und somit die Charge auf die vorgeschriebene Temperatur zu erwärmen. Wenn hierbei die Lösung einer Titanlegierung e-rreicht werden soll, beträgt die erforderliche Temperatur etwa 1100 C.

Ein Ventilator 40 hat die Aufgabe, das sich erwärmende Gas in Richtung der in Pig. 1 dargestellten Pfeile umzu- Λ treiben, damit sich die Temperatur im Inneren des Heizraums gleichmäßig verteilt. Die Titanlegierung wird solange aufgeheizt, bis eine vollständige Lösung im gesamten Volumen der Charge 44 erreicht ist. Wenn diese Phase beendet ist, setzt man die Heizelemente 38 und den Ventilator 40 außer Betrieb, ao daß der Heizraum 14 nicht weiter erwärmt wird· Hierauf wird die Tür 46 aus ihrer Verschlußstellung fortbewegt, und der Aufzug wird wieder hochgefahren, ao daß die Platten 80 den Rost mit der darauf liegenden Charge erfassen können. Hierdurch wird es möglich, die heißen Unterlagen 22 in horizontaler Richtung so zu verschieben, daß sie sich aus dem Zentrum des Heizraums hinwegbewegen und den Raum unterhalb der Charge 44 freigeben.

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Nachdem dies geschehen ist, wird der kalte Aufzug mit der er· hitzten Charge 44 nach unten bewegt und in das Härtemedium 76 eingetaucht, welches im allgemeinen aus Y/asser besteht. Nach-* dem die Charge das Innere der Umkleidung 12 verlassen hat, bringt man die Tür 46 wieder in ihre Verschlußstellung, um den Heizraum 14 von der Umgebungsluft zu isolieren. Nach Beendigung der Härtung wird der Prozeß des Transportes in umgekehrter Richtung vollzogen, und die Titanlegierung wieder in den Raum 14 gebracht, wo sie für mehrere Stunden bei einer Temperatur von 480 C angelassen wird.

Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, eine Härtung vorzunehmen, ohne daß die Elemente zur Unterstützung der Charge innerhalb des Heizraumes 14 plötzlichen Temperaturabfällen ausgesetzt werden, die zur frühzeitigen Alterung beitragen. Von besonderem Vorteil ist, daß die aua einer teuren Legierung bestehenden Unterlagen 22 für die Charge nicht gehärtet werden, und daß sie infolgedessen nicht bereite nach wenigen Zyklen der Wärmebehandlung zerstört werden. Diejenigen Teile, die einer Härtung unterworfen werden sollen, sind auf wirksame Weise und vollständig von den übrigen Teilen getrennt. Der einzige Bestandteil der Anordnung, der durch alle Temperaturzonen geführt wird, ist der Rost, mit dem die Charge gegebenenfalls zusätzlich unterlegt ist. Dieser Rost kann auf relativ billige Weise hergestellt sein, indem man hierzu eine Legierung verwendet, die zwar starke Temperaturstöße aushält ^ die Jedoch auf der anderen Seite keine große Festigkeit zu besitzen braucht. Solche Roste können eich höchstens verziehen, wenn sie häufig benutzt werden) sie können jedoch auch sehr leicht ausgebessert werden. Durch den Rost wird eine direkte Berührung der Platten 80 des kalten Aufzuges mit der erhitzten Charge nach der Wärmebehandlung vermieden. Ohne diese Zwischenlage könnte die Charge 44 durch die Platten verformt werden.

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BAD ORIGINAL

Bei der Verwendung einer Vorrichtung nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bringt man die Charge direkt auf die Platten 80 des Aufzuges 78 der sich zwischen dem Heizraum 14 und dem Härteraum 18 verschieben kann. Üblicherweise benutzt man einen Wagen, um die Charge 44 in den Ofen 10 zu transportieren. Man kann auch die beschriebene Vorrichtung abändern, indem man die Säulen 86 durch zwei Schienen ersetzt, die auf der Plattform 84 liegen, und auf denen die Räder eines Wagens zum Transport der Charge geführt werden. Das zu behandelnde Metall kann dann außerhalb der Ofenanlage 10 auf den Wagen aufgebracht werden, doch sobald der Wagen auf seinen Schienen ™ rollt, wird er zum Bestandteil des Aufzuges 78.

Nachdem die Charge aufgeheizt und anschließend abgeschreckt worden ist, muß sie nicht unbedingt sofort wieder in den Heizraum zurückgeführt werden; es ist auch möglich, das gehärtete Metall bis zum abschließenden Anlaßvorgang zu stapeln. Ein solches Vorgehen ist wirtschaftlicher, weil somit der Heizraum 14 für längere Zeit auf seiner hohen Temperatur gehalten werden kann, um nacheinander eine Reihe von Chargen aufzunehmen, wobei die Temperatur nicht so häufig gewechselt werden muß. Wenn also eine große Anzahl von Stücken aufzuheizen, zu härten und anzulassen ist, werden sie zunächst alle nacheinan- ä der erhitzt, abgeschreckt und gestapelt, worauf die Temperatur im Heizraum abgesenkt wird, und die einzelnen Stücke nacheinander bei der gleichen Temperatur angelassen werden.

Neben der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung, gekennzeichnet durch einen Heizraum (H) zum Erwärmen einer Charge (44) auf etwa 1100 C mit einer aus dem Heizraum herausziehbaren Unterlage (22) für die Charge/ einen Härteraum (18) zum Abkühlen der Charge in einem Härtemedium (76) und eine durch eine Öffnung (23) in den Heizraum (14) greifende Transportvorrichtung (78), die die Charge (44) aufnimmt, während sie auf der Unterlage (22) ruht und sie bei herausgezogener Unterlage durch die öffnung (23) befördert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine abnehmbare Tür (46) zum Verschließen der am Heizraum (14) befindlichen Öffnung (23).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteraum (18) unterhalb des Heizraums (14) angeordnet ist und daß die Transportvorrichtung aus einem zwischen beiden Räumen (14, 18) bewegbaren Aufzug (78) besteht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die öffnung (23) am Heizraum (14.) zum Einbringen bzw. zur Entnahme der Charge (44) unmittelbar unterhalb der Unterlage (22) befindet.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Heizraum (14) befindliche Unterlage aus einer Reihe horizontaler Träger (22) besteht und daß auf der Plattform (84) des Aufzuges ebenfalls Träger (80) angeordnet sind, deren Höhe größer als die Höhe der Unterlage (22) ist und die bei hochgefahrenem Aufzug (78) die Träger der Unterlage (22) überragen.

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BAO ORIGINAL

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die als Unterlage im Heizraum (14) "befindlichen als auch die auf der Aufzugsplattform (84) befindlichen Träger (22 bzw. 80) im Abstand zueinander derart angeordnet sind, daß bei hochgefahrenem Aufzug (78) die zweitgenannten Träger (80) zwischen den erstgenannten Trägern (22) hindurchgreifen.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch Heizelemente (38) zum Erwärmen des Heizraumes (14) auf mindestens 1100 C und eine bei hohen Temperaturen Widerstands- ™ fähige Legierung als Material für die Unterlage (22).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Härteraum (18) aus einem mit einer Flüssigkeit (76) angefüllten Trog besteht.

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