DE3636848A1 - Verfahren zur waermebehandlung eines metallkoerpers - Google Patents
Verfahren zur waermebehandlung eines metallkoerpersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebe
handlung eines Metallkörpers, das dazu angewendet wird,
Metallkristalle in erheblichem Ausmaß grob zu machen,
einen Einkristall wachsen zu lassen oder Kristalle in einer
Richtung grob zu machen (einseitig gerichtetes Kristallkorn
wachstum), und zwar mit Hilfe einer sekundären Rekristal
lisation, wie es bei der Erzeugung von Einkristallmetallen
durch einen Prozeß zum Spannungsfreimachen oder bei der Er
zeugung von einseitig gerichteten rekristallisierten Metal
len durch einen pulvermetallurgischen Vorgang der Fall ist.
Bei einer herkömmlichen Wärmebehandlung, um Metallkristalle
einer Legierung in erheblichem Maß grob zu machen, wird,
wie die beigefügte Fig. 3 zeigt, ein Metall- oder ein Legie
rungskörper a, der behandelt werden soll, allmählich durch
eine Beheizungszone b geführt, die von Heizschlangen,
-spulen od. dgl. bestimmt ist, wobei der Körper der umgeben
den Atmosphäre ausgesetzt wird. Ein Pyrometer wird zum Er
fassen der Temperatur des Metall- oder Legierungskörpers a
bzw. der Temperatur der Atmosphäre in einem Heizofen verwen
det, wonach die elektrische Leistung des Ofens geregelt wird.
Wenn der zu behandelnde Metall- oder Legierungskörper a
große unterbrochene oder sprunghafte Abschnitte bzw. Teile
hat, wie die großen oder starken Absätze bzw. Stufen, die
in Fig. 3 gezeigt sind, dann ändert sich die Wärmeabgabe
vom Metall- oder Legierungskörper a mit der Zeit. Selbst
wenn die Temperatur in der Beheizungszone b auf einem vorbe
stimmten Wert gehalten wird, können sich deshalb die maxi
malen Heiztemperaturen vom einen Punkt zum anderen am Kör
per a ändern, so daß der Metall- oder Legierungskörper a
geschmolzen oder auf einer unter der Rekristallisations
temperatur liegenden Temperatur gehalten werden kann, was
zur Folge hat, daß Metall- oder Legierungsprodukte, die die
gewünschten Qualitäten haben, nicht zu erhalten sind.
Im Hinblick auf die obigen Darlegungen ist es die Aufgabe
der Erfindung, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Me
tallkörpers aufzuzeigen, mit dem es möglich ist, an Metall-
oder Legierungskörpern bzw. -teilen mit einer komplizierten
Gestaltung eine Wärmebehandlung in gewünschter und angemesse
ner sowie zweckdienlicher Weise auszuführen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein
zu behandelnder Metall- oder Legierungskörper in eine Form
eingesetzt, deren Außenfläche eine einfache, unkomplizierte
Gestalt hat und deren Querschnitt in einer zur Bewegungs
richtung der Form rechtwinkligen Richtung im wesentlichen
konstant ist. Der Metall- oder Legierungskörper wie auch
die Form werden gleichzeitig beheizt, so daß der Körper durch
die Form hindurch erhitzt wird derart, daß die maximale
Heiztemperatur an allen Flächen des Metall- oder Legierungs
körpers konstant eingehalten werden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für das Verfahren gemäß
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung er
läutert. In dieser zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Anlage
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anlage von Fig. 1;
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt zur bereits abgehan
delten herkömmlichen Technik.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen zu behandelnden Metall- oder
Legierungskörper 1 und eine Form 2, in die der Körper 1 zu
seiner Behandlung eingesetzt wird.
Die Form 2 weist eine solche Ausbildung auf, daß bei in die
se eingesetztem, zu behandelnden Körper 1 zwischen diesem
und den Innenflächen der Form 2 kein zu großer Abstand oder
Freiraum vorhanden ist. Ferner weist das Äußere der Form
2 eine in deren Achsrichtung einfache, unkomplizierte sowie
ohne Unterbrechungen durchgehende Gestalt nach Art einer
Stange mit kreisförmigem oder rechtwinkligem - vor allem
quadratischem - Querschnitt auf. Der zu behandelnde Körper
1 wird in die Form 2 eingesetzt, worauf der Körper 1 und
die Form 2 gleichzeitig in einer Heizzone 3, die von einer
Hochfrequenz-Induktionsheizspule, einem Kohlenstoffsuszep
tor od. dgl. bestimmt wird, beheizt werden.
Ein Abstand bzw. eine Lücke zwischen dem Metall- oder Le
gierungskörper 1 und der Form 2 sowie ein Unterschied in
den thermischen Kennwerten zwischen diesen beeinflußt die
Leichtigkeit, mit der die Temperaturregelung erfolgt, d.h.,
je kleiner der Abstand und der Unterschied in den thermi
schen Kenndaten sind, desto leichter wird die Temperaturre
gelung. Des weiteren wird die Oberflächentemperatur der
Form 2 höher als eine Wärmebehandlungstemperatur, so daß
es vorzuziehen ist, die Form aus einem Material mit einem
höheren Schmelzpunkt zu fertigen. Ferner wird die Herstel
lung der Form in einem Präzisionsgießvorgang oder in einer
Bearbeitung mit Elektroentladung bevorzugt, wie die Form
auch trennbar sein soll, um den Körper 1 ohne Schwierigkei
ten in diese einzubringen und aus ihr herauszunehmen. In
den Fig. 1 und 2 ist eine Teilungsfläche 4 der Form zu er
kennen.
Es wird bevorzugt, einen direkten Hochfrequenz-Induktions
heizvorgang anzuwenden, und zwar eher oder besser als einen
Heizvorgang mit Hilfe von Strahlung, weil der erstgenannte
Vorgang nicht nur einen Vorteil insofern bietet, als die
Heizgeschwindigkeit hoch ist, sondern auch insofern, als
ein großes Temperaturgefälle, das bei einer Zonenbeheizung
zu bevorzugen ist, erhalten wird. Im allgemeinen kann die
Form 2 in Gestalt eines Rundstabes eine gleichförmige Tempera
turverteilung leichter erreichen lassen als eine quadrati
sche Querschnittsgestalt. Jedoch kann die letztere Gestalt
im Fall eines zu behandelnden Metallkörpers 1, der dünn ist,
wie z.B. ein Blatt einer Turbinenschaufel, geeignet und
zweckmäßig sein.
Ein Legierungskörper mit einer Breite von 20 mm sowie
einer Länge von 70 mm und mit zwei Stufen von 4 mm bzw. 6 mm
Dicke oder Stärke wurde durch einen Genauschmiedevorgang
in einer Vakuum-Heißpresse aus einem warm stranggepreßten
Rundstab von 13 mm Durchmesser aus einer durch eine Oxid
dispersion verstärkten Legierung, die aus 22% Cr, 18% Co,
4% W, 2% Ti und 1,5% Ta sowie 2,5% Al und 1% Y₂O₃ sowie
als Rest Ni bestand, erhalten. Der Legierungskörper wurde
dann dem einachsigen Kornwachstumsprozeß, auf den die Erfin
dung angewendet wurde, ausgesetzt. In diesem Fall war die
Form 2 zweiteilig, sie bestand aus einer Legierung, deren
Komponenten mit Ausnahme von Y₂O₃ zu den obigen gleichartig
waren, sie hatte eine Querschnittsfläche von 20 × 30 mm2
sowie eine Länge von 150 mm, und ihr Inneres war so ausge
arbeitet, daß das Einsetzen eines zu behandelnden Körpers
möglich war.
Auf die Außenoberfläche des Legierungskörpers wurde ein
Formtrennmittel aufgetragen, worauf der Körper in die Form
eingesetzt wurde. Die Form wurde auf 1300°C durch eine Hoch
frequenz-Induktionsspule (50 kW) erhitzt und mit einer Ge
schwindigkeit von 100 mm/h zur Durchführung einer Zonenbe
heizung bewegt. Als Ergebnis zeigte sich, daß der Legierungs
körper eine gewünschte, einseitig gerichtete Kristallkorn
wachstumsstruktur hatte.
Bei der Ausführung der Zonenbeheizung kann die Form abgedich
tet und/oder der Sauerstoff aus der Form abgezogen werden,
um die Zonenbeheizung in der Luftatmosphäre zu erhalten.
Die Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung können,
wie folgt, herausgestellt werden.
- a) Die Gestaltung der Außenoberfläche der Form ist konti nuierlich und einfach, so daß die Möglichkeit gegeben ist, die Zonen-Wärmebehandlung für einen Metall- oder Legierungs körper, der eine komplizierte äußere Gestaltung hat, auszu führen.
- b) Wenn eine Form verwendet wird, in die zu behandelnde Me tall- oder Legierungskörper in einer Mehrzahl eingesetzt sind, so können diese Körper fortlaufend und ununterbrochen einer Zonenbeheizung unterworfen werden.
- c) Wenn die Teilungsfläche der getrennten Form abgedichtet oder die Form in einen Zylinder eingesetzt wird, der auf eine nichtoxidierende Atmosphäre eingerichtet wird, dann ist es möglich, die Zonenbeheizung in der Atmosphäre auszu führen, so daß ein hoher Produktivitätsgrad gewährleistet werden kann.
Claims (3)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metall- oder Legie
rungskörpers, gekennzeichnet durch Einsetzen des Körpers
in eine eine einfache Außengestaltung aufweisende Form
und Erhitzen des Körpers zusammen mit der Form.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Form Teilungsflächen hat, die zur Ausführung einer
Zonenbeheizung in einer Luftatmosphäre abgedichtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Form in einen luftdichten Zylinder eingesetzt und
Sauerstoff aus dem luftdichten Zylinder zur Erzielung
einer Zonenbeheizung in einer Luftatmosphäre entfernt
wird.
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