DE60208405T2

DE60208405T2 - Wärmebehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE60208405T2
Application number: DE60208405T
Authority: DE
Inventors: Pekka Kemppainen; Jorma JÄÄSKELÄINEN; Erkki Leinonen; Hannu Vuorikari; Eero Smura
Original assignee: LAHDEN LAEMPOEKAESITTELY LA Oy; Lahden Lampokasittely Oy; URV UUDENKAUPUNGIN RAUTAVALIMO; URV UUDENKAUPUNGIN RAUTAVALIMO Oy; Metso Paper Oy
Current assignee: LAHDEN LAEMPOEKAESITTELY LA Oy; Lahden Lampokasittely Oy; URV UUDENKAUPUNGIN RAUTAVALIMO; URV UUDENKAUPUNGIN RAUTAVALIMO Oy; Valmet Technologies Oy
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: FI20011954A0; EP1434891A1; DE60208405D1; WO2003031661A1; FI20011954A; ES2250700T3; ATE314492T1; EP1434891B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmebehandlungsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einigen aus dem Stand der Technik bekannten Wärmebehandlungsverfahren werden die Objekte, die wärmebehandelt werden, zunächst auf eine Aushärttemperatur erwärmt, wobei sie danach beispielsweise in Salz-, Öl-, Blei- oder Wasserbädern oder in der Luft, eine zu behandelnde Charge zu einem Zeitpunkt, abgekühlt werden. Es ist erforderlich, die heißen Objekte zu handhaben, wenn sie in den Ofen und zu dem Abkühlen und danach weiter beispielsweise in einen Ofen für eine Spannungsentlastungs-Glühbehandlung transportiert werden, wobei sie danach beispielsweise auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Eine herkömmliche Wärmebehandlung der Chargenart verbraucht außerdem eine erhebliche Menge an Energie, da die Objekte mehrmalig erwärmt/gekühlt werden müssen. Außerdem erfordern viele Behandlungen und Transporte eine Menge an Arbeit. Der Transport von heißen Objekten ist außerdem im Hinblick auf die Personalsicherheit problematisch.
Des Weiteren sind das Öl, Salz und Blei, das beim Kühlen verwendet wird, gefährlicher Abfall und als solches für die Umwelt schädlich. Außerdem altern Öl- und Salzbäder bei Anwendung, weshalb diese Kühlmedien von Zeit zu Zeit ersetzt werden müssen. 2A zeigt Phasen eines im Stand der Technik bekannten Wärmebehandlungsverfahrens. Bei der ersten Phase A wird der Wärmebehandlungsofen beschickt und die Objekte, die mit Wärme zu behandeln sind, werden an dem Gitter des Ofens angeordnet. Danach wird bei der Phase B der Ofen mit Energie beschickt und der Ofen wird erwärmt, um die Objekte zu glühen. Bei der Phase C werden die rotglühenden Objekte aus dem Ofen beispielsweise durch einen Gabelstapler herausgenommen, wobei sie danach zu einem Kühltank mit der Hilfe eines Krans transportiert werden. Bei der Phase D werden die gekühlten Objekte aus dem Kühltank angehoben und bei der Phase E werden die Objekte zu der nächsten Wärmebehandlungsphase beispielsweise in einen Temperbehandlungsofen transportiert. In der Phase F wird der Ofen mit Energie beschickt, wobei der Ofen erwärmt wird, wobei die Objekte zusammen mit dem Ofen geglüht und gekühlt werden. Schließlich werden in der Phase G, nachdem der Ofen auf eine Temperatur von beispielsweise 200°C sich abgekühlt hat, die Objekte aus dem Ofen entnommen, um auf Raumtemperatur abzukühlen.
Ein Problem in Bezug auf die Aufbauarten des Stands der Technik ist, dass die Kühlkapazität während des Kühlprozesses nicht gesteuert werden kann.
Die Druckschriften US-A-4 168 993, US-A-5 125 948 und EP-A-410 501 beziehen sich auf ein Kühlen von länglichen Objekten während eines Laufs durch ein Gehäuse, das verschiedene Kühlstationen aufweist, die mit separaten Kühleinrichtungen ausgestattet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmebehandlungsverfahren zu schaffen, das die Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Aufbauarten beseitigt oder zumindest minimal gestaltet, und insbesondere das Laufen oder Bewegen der Objekte während der Wärmebehandlung vermeidet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein programmierbares Wärmebehandlungsverfahren zu schaffen, bei dem die Wärmebehandlung programmierbar mit den erwünschten Wärmeübertragungskapazitäten bei verschiedenen Temperaturbereichen stattfindet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärmebehandlungsverfahren zu schaffen, das eine gute Qualität den Objekten verleiht, die wärmebehandelt werden.
Um die vorstehend erwähnten Aufgaben und jene Aufgaben, die aus dem weiteren Zusammenhang hervorgehen, zu lösen, ist das Wärmebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hauptsächlich durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, indem die Wärmeübertragungskapazität von dem Objekt in der Kühlphase (Konvektion, Strahlung) eingestellt wird, möglich, die Änderungsrate der Temperatur des zu kühlenden Objekts auf die erwünschte Höhe bei verschiedenen (Wärmebehandlungsphasen) Kühlphasen zu steuern/einzustellen. Dieses Verfahren ermöglicht, dass der Kühlprozess so gesteuert wird, dass die erwünschten Phasenänderungen und/oder Mikrostrukturen erzielt werden können.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Kühlrate von dem Objekt eingestellt, indem die Wärmeübertragungskapazität auf Konvektionsbasis geändert wird und/oder die Strahlungswärmeübertragungskapazität geändert wird. Eine Wärmeübertragung durch Strahlung kann gesteuert werden, indem die Strahlungsabsorption der Ofenwände geändert wird und indem die Absorptionseigenschaft und/oder Konvektionseigenschaft der Wärmestrahlung des Wärmeübertragungsmediums und seine endothermische Masse geändert wird (eingestellt wird). In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung werden die Kühlrate des Ofens und des Objekts beispielsweise mit der Hilfe der Menge an in den Ofen geblasener Luft und mit der Strömungsrate an Luft (Luft/Gas und/oder Luft/Partikel) reguliert. Die Kühlkapazität kann erhöht werden mittels eines Gemischs aus Flüssigkeit und Gas oder aus Luft und Sekundärgas. Das Gemisch aus Gebläseluft und Flüssigkeit (und Gas) kann außerdem feste Partikel enthalten. Die Kühlkapazität kann außerdem eingestellt werden mittels der Temperatur des hineinzublasenden Gemischs. Das hineinzublasende Gasgemisch kann beispielsweise ein Gemisch aus Luft-Wasser, Luft-Kohlendioxid, Argon-Kohlensäure (oder dergleichen) sein.
Gemäß einer vorteilhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung wird das zu kühlende Objekt aus dem Wärmebehandlungsofen in einen (Aushärtraum) Kühlraum, in höchst geeigneter Weise in eine Nebelkammer, gebracht, in der das Objekt in einer gesteuerten Weise bei der erwünschten Kühlrate in verschiedenen Temperaturbereichen (gehärtet) gekühlt wird, um die erwünschten Materialeigenschaften zu erzielen. Durch das Einstellen/Steuern der Änderungsrate der Temperatur des Objekts in verschiedenen Temperaturbereichen ist es möglich, erwünschte Phasenänderungen bei dem Material des Objekts zu erzeugen und erwünschte Mikrostrukturen als ein Ergebnis der Behandlung mit sich zu bringen. Die Kühlrate von dem Objekt wird eingestellt durch ein Ändern der Kühlkapazität, die durch das System erzeugt wird. Das Kühlen von dem Objekt/den Objekten findet in einer Nebelkammer statt, in die der benötigte Volumenstrom/Massenstrom eines Gemischs aus Luft/Gas/Flüssigkeit/festem Partikel zugeführt wird, um die erwünschte Kühlkapazität und -rate zu erzielen: eine sehr vorteilhafte und umweltfreundliche Anwendung ist das Zuführen des Luft-Wasser-Sprühnebels, wobei das Wasser in der Form von Tropfen ist, in den Kühlraum durch eine oder mehrere Düsen. Die Kühldüsen können außerdem den Luft-Wasser-Sprühnebel (oder allgemeiner die Gas-Flüssigkeit-Festpartikel)(-strömung) direkt auf das Objekt richten. Bei dieser Anwendung der vorliegenden Erfindung kann die Kühlrate des Objekts so gesteuert werden, dass sie örtlich derart stattfindet, dass die Kühlrate von den verschiedenen Teilen des Objekts eingestellt wird, indem verstärkte kühlende Gas-Flüssigkeits-Partikel-Sprühstrahlen örtlich an die erwünschten Bereiche des Objekts gerichtet werden, indem beispielsweise in einem erwünschten Bereich der Düsenstrahl direkt aufgebracht wird und/oder indem die Strömungsrate und das Mischverhältnis von dem Kühlmedium (Gas-Flüssigkeits-Partikel-Gemisch), das an dem Objekt örtlich auftrifft, erhöht wird, und/oder die Bereiche, bei denen es erwünscht ist, die Wärmeströmung zu verlangsamen, können einer schwächeren Kühlmediumströmung ausgesetzt werden, wodurch eine geringere Strömungsrate und/oder ein weniger wirksames Wärmeübertragungsgemischverhältnis bei der Strömung angewendet wird/werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität der Strahlung in die Ofenwände eingestellt, indem die Absorptionseigenschaften der Umgebung und der Verkleidung des Ofens geändert werden (d. h. wie effizient die Verkleidung die Wärmestrahlung aufnimmt („ansaugt") oder reflektiert). Die Basisgleichung der Wärmestrahlung wird hierbei als eine Basis verwendet: Q = δ·ε·A(T4 Objekt – T4 Wand),wobei

ε: = Emissionsvermögen der Oberfläche des Objekts
δ: = Stefan-Bolzmann-Konstante
A: = Fläche
T: = Temperatur.

Die Wärmestrahlungsübertragungskapazität der Wandflächen des Ofens kann beispielsweise geändert werden durch Anwendung von Gittern, die mit unterschiedlichen Arten an Beschichtungen beschichtet sind und deren Wärmestrahlungs-Absorptionseigenschaften sich von den Absorptionseigenschaften des Ofens unterscheiden.
Gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der vorliegenden Erfindung dient ein Verfahren einer Wärmeübertragungskapazität auf Strahlungsbasis dazu, die Absorptionseigenschaften der Wärmestrahlung von dem die Wärme übertragendem (Gebläse-)Gasgemisch zu ändern, das zugeführt worden ist.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung kann eine Wärmeübertragung durch Konvektion reguliert werden, indem die Konvektionseigenschaften von dem die Wärme übertragenden Gasgemisch geändert werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, indem die Wärmeübertragungseigenschaften von unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche des Objekts geändert werden, möglich, falls dies erforderlich ist, die Temperaturverteilungen und Abkühlraten des Objekts auszugleichen. Es ist ebenfalls möglich, die Übertragungs- und Strahlungseigenschaften von Wärme einzustellen, indem erwünschte Bereiche von dem Objekt, das wärmebehandelt wird, mit einer keramischen oder anderen entsprechenden Lage abgedeckt werden. Es ist des Weiteren möglich, örtlich Kühlkapazitäten unterschiedlicher Größen bei dem Objekt zu erzeugen, indem die Strömungsraten von dem Kühlgas in unterschiedlichen Weisen an unterschiedlichen Flächen gesteuert werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Abkühlprozess auf der Grundlage von Messergebnissen zu steuern, indem die Temperatur mit Temperaturmesssensoren gemessen wird, die beispielsweise an dem Objekt geschweißt sind. Die Sensoren können sich an der Oberfläche des Objekts befinden und, wenn dies erforderlich ist, kann die Temperatur ebenfalls von dem Inneren des Objekts mit einem Temperaturmesssensor gemessen werden, der in einem Loch angeordnet ist, das in dem Objekt gebohrt ist.
Durch das Wärmebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine erhebliche Menge an Energie (ungefähr 20 ... 30%) einzusparen, wenn der Kühlprozess bei einer Zwischentemperatur angehalten wird (anstelle eines Abkühlens auf Raumtemperatur). Das Wärmebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beseitigt das Erfordernis an einem Transport von dem rotglühenden Objekt aus dem Ofen in einem Kühltank oder eine Wasser-Luftdusche oder frei in die Luft. Dadurch wird die Menge an Arbeit verringert, die durch die Handhabung der Objekte erforderlich ist (siehe die 2A und 2B).
Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise für das Wärmebehandlungsverfahren von stark belasteten Papiermaschinenkomponenten geeignet, die aus einem eisenhaltigen Metall hergestellt sind, wie beispielsweise Lagergehäuse, Aufhängungsteile für Gelenkwalzen und dergleichen.
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ihre Einzelheiten streng begrenzt.
1A zeigt in schematischer Weise einen beispielartigen Wärmebehandlungsaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung.
1B zeigt in schematischer Weise eine mögliche Abkühlphase bei dem beispielartigen Wärmebehandlungsaufbau von 1A.
Die 1C und 1D zeigen schematische Darstellungen von dem Prinzip der Temperatur- und Abkühlkapazität des Objekts.
2A zeigt in schematischer Weise einen Wärmebehandlungsprozess der Chargenart gemäß dem Stand der Technik.
2B zeigt in schematischer Weise einen Wärmebehandlungsprozess der vorliegenden Erfindung.
Die 2C bis 2E zeigen in schematischer Weise ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Nebelkammer angewendet wird.
3A zeigt in schematischer Weise ein beispielartiges Ausführungsbeispiel zum Steuern des Wärmebehandlungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung.
3B zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel für ein Steuern der Anwendung gemäß den 2C bis 2E.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, indem die Wärmeübertragungskapazität zum Abkühlen bei dem Objekt (Konvektion, Strahlung) eingestellt wird, die Änderungsrate der Temperatur von dem Objekt, das gehärtet (abgeschreckt) wird, auf die erwünschte Höhe bei verschiedenen Wärmebehandlungsphasen gesteuert/eingestellt. Dieses Verfahren ermöglicht, dass der Kühlprozess so gesteuert wird, dass die erwünschte Phase und/oder erwünschte Mikrostrukturänderungen erreicht werden können – wobei ein Ausführungsbeispiel davon in 1A schematisch gezeigt ist. Bei der in 1A schematisch gezeigten Wärmebehandlungskurve ist die Zeit t an der horizontalen Achse und die Temperatur T an der vertikalen Achse. Die Temperaturen und die Wärmebehandlungszeiten, die in der nachstehend dargelegten Beschreibung erwähnt sind, sind lediglich beispielartig, und die Wärmebehandlungstemperaturen und -zeiten hängen natürlich von den Wärmebehandlungsprozessen, von den zu behandelnden Objekten und von deren Materialien und erwünschten Eigenschaften ab.
Gemäß 1A wird die Temperatur von dem Objekt/den Objekten, die wärmebehandelt werden, zunächst auf eine Behandlungstemperatur T₁ (beispielsweise auf eine Austenisiertemperatur von 920°C (Normalisierung, Perlitisations-Glühtemperatur)) mit der erwünschten Anstiegsrate (20 ... 80°C/h, beispielsweise 40°C/h) erhöht.

1) Haltezeit t₁; das Objekt/die Objekte werden bei der fraglichen Haltetemperatur T₁ in Abhängigkeit von dem Wärmebehandlungsprozess die erwünschte Haltezeit lang gehalten (beispielsweise Wanddicke 100 mm 4 h). Bei dem Punkt (1) wird der gesteuerte/eingestellte Abkühlprozess gestartet.
1-2) Phase; Absenken der Temperatur von dem Objekt bei der erwünschten Rate von der Temperatur T₁ auf die Temperatur T₂ oberhalb der Phasenänderungstemperatur während der Zeitspanne t₂. In dieser Phase wird die Temperatur nach Bedarf gesenkt zum Erzielen einer gleichförmigen Temperatur in dem Objekt. Von dem Punkt (2) zu dem Punkt (3), die Zeitspanne t₃, wird die Temperatur von dem Objekt ausgeglichen d.h. gleich gehalten, sofern dies erforderlich ist, wodurch die Wärmekapazität von dem Objekt minimal gestaltet wird vor dem Abkühlen/schnellen Absenken der Temperatur.
3) Das Objekt/die Objekte hat/haben eine gleichförmige Temperatur, d.h. seine Temperatur beträgt T₃.
3) Das Abkühlen/(Härten) von dem Objekt/den Objekten wird mit der erwünschten Kühlkapazität gestartet. Die Abkühlkapazität wird bestimmt durch die erwünschte Art an Mikrostruktur, die erwünschten Eigenschaften, in Abhängigkeit von der Mikrostruktur bei der Startphase und von der Zusammensetzung des Materials.
3)-4) Die Kühlzeit ist t₉. Zwischen den Phasen 3–4 von dem Kühlprozess kann es auch konstante Temperaturstufen und/oder verschiedene unterschiedliche Abkühlratenstufen geben, von denen ein Beispiel in 1B gezeigt ist.
4) Verstärktes schnelles Abkühlen, d.h. ein Absenken der Temperatur kann unterhalb der Temperatur T₄ des fraglichen Phasenänderungsbereichs angehalten werden.
4)-5) Die Temperatur wird abgesenkt, um eine Zwischentemperatur T₅ zu erzielen, Zeitspanne t₅.
5) Der Abkühlprozess wird angehalten. Die fragliche Temperatur ist oberhalb beispielsweise der Temperatur, bei der Martensit ausgebildet wird, wodurch beispielsweise das Starten einer Martensitreaktion verhindert wird.
5)-6) Die Haltezeit t₆ mit konstanter Temperatur T₆, wobei durch die Haltezeit die Temperatur des Objekts gleich gehalten wird. Mit der Haltezeit t₆ ist es möglich, die erwünschten Mikrostruktureigenschaften zu beeinflussen (die Prozesszeit der Reaktionen). Dadurch ist es möglich, die Mikrostruktureigenschaften zu beeinflussen, die in den folgenden Wärmebehandlungsphasen erzeugt werden.
6)-7) Anheben der Temperatur von dem Objekt/den Objekten von der Temperatur T₆ auf die Temperatur T₇ (beispielsweise auf eine Tempertemperatur oder Abschrecktemperatur und Tempertemperatur) mit der Anheberate der Temperatur (beispielsweise 30°C/h), die für die nächste Wärmebehandlungsphase erwünscht ist, Zeitspanne t₇.
7)-8) Haltezeit t₈ bei einer Temperatur T₇, T₈ (beispielsweise eine Tempertemperatur, Einstellung der Restspannungshöhe auf die erwünschte Höhe), die für die Mehrphasenwärmebehandlung erforderlich ist.
8)-9)-10b) Absenken der Temperatur von dem Objekt/den Objekten von der Temperatur T₈ auf die Temperatur T₉→T_10b bei der erwünschten Rate; die Kühlrate kann in verschiedenen Temperaturbereichen variieren (beispielsweise gemäß der erwünschten Höhe der Restspannung des Objekts), Zeitspannen t₉, t₁₀.

1A zeigt einen Wärmebehandlungsprozess in zwei Phasen. Der gleiche Aufbau kann natürlich bei einer Wärmebehandlung mit beispielsweise drei oder mehr Phasen angewendet werden, bei der zunächst beispielsweise ein Abkühlen ausgeführt wird, dann ein Abschrecken und ein Tempern und dann ein Spannungsentlastungsglühen ausgeführt wird.

8)-9)-10a) Absenken der Temperatur der zweiten Wärmebehandlungsphase bei der erwünschten Rate auf eine Zwischentemperatur T_10a bei einer Wärmebehandlung mit drei oder mehr Phasen. Nachdem die Zwischentemperatur T_10a erreicht worden ist, wird die Temperatur des Objekts gleich gehalten und die Wärmebehandlung wird mit Phase 3 fortgesetzt. Der Zyklus 6)-10a) wird mit neuen eingestellten Werten wiederholt.

1B zeigt ein Beispiel, bei dem die Kühlphase 3–4 bei einer Zwischentemperatur zwischen den Phasen 3.1 und 3.2 angehalten wird.
Die 1C–1D zeigen schematische Darstellungen von dem Prinzip der Temperatur und Kühlkapazität des Objekts. In 1C ist die Temperatur T von dem Objekt an der vertikalen Achse und die Zeit t an der horizontalen Achse. Wie dies in 1C gezeigt ist, beginnt eine Kurve 51, die die Temperatur von dem Objekt repräsentiert, von dem Erwärmungspunkt, Punkt 1, an zu sinken, und die Kühltemperatur wird nach dem Punkt 2 und weiter bei dem Punkt 3 geändert, um die erwünschten Materialeigenschaften zu erzielen. In 1D ist die Zeit t an der horizontalen Achse abgetragen und die Abkühlkapazität P und der Wärmestrom q sind an der vertikalen Achse abgetragen. Die Kühlkapazität P und der Wärmestrom q als eine Funktion der Zeit t sind durch die Kurve 52 abgebildet und die Phasen der Temperaturen 1, 2, 3, die in 1C gezeigt sind, sind in Verbindung mit der Kurve mit den entsprechenden Zahlen markiert. Entsprechend den 1C–1D kann ein verstärktes Kühlen, die Kurven 51, 52, von dem Objekt/den Objekten bei einer erwünschten Temperatur des Objekts angehalten werden, wenn der Abkühlsprühnebel in einer Kammer vorgesehen wird, was in Verbindung mit den 2C und 2E detaillierter dargestellt ist, indem die Düsenströmungen verringert werden oder geschlossen werden und indem das Flüssigkeits-Partikel-Gemisch-Verhältnis verringert wird.
2A zeigt die Phasen von einem aus dem Stand der Technik bekannten Wärmebehandlungsverfahren. Bei der ersten Phase A wird ein Wärmebehandlungsofen 10 beschickt. Objekte 12, die mit Wärme zu behandeln sind, werden in die Nähe des Ofens 10 durch einen Gabelstapler 11 oder dergleichen gebracht, wobei sie an einem Gitter oder Rost 13 des Ofens 10 angeordnet werden. Danach wird bei der Phase B der Ofen 10 mit Energie beschickt, wie dies durch einen Pfeil 15 gezeigt ist, und der Ofen 10 wird erwärmt, um die Objekte 12 zu glühen. Bei der Phase C werden die rotglühenden Objekte 12 zu einem Kühltank 16 beispielsweise durch einen Gabelstapler 11 transportiert, von dem die Objekte 12 in den Kühltank 16 mit der Hilfe eines Krans 14 oder dergleichen bewegt werden, und bei der Phase D werden die abgekühlten Objekte 12 aus dem Kühltank 16 angehoben und bei der Phase E werden die Objekte 12 in den Ofen der nächsten Wärmebehandlungsphase beispielsweise in einen Temperofen 17 transportiert, wobei danach bei der Phase F der Ofen mit Energie 15 beschickt wird, der Ofen 17 erwärmt wird, die Objekte 12 geglüht und gekühlt werden zusammen mit dem Ofen 17. Schließlich werden bei der Phase G, nachdem der Ofen 17 sich auf eine Temperatur von beispielsweise 200°C abgekühlt hat, die Objekte 12 aus dem Ofen 17 abgegeben. Die Objekte 12 werden beispielsweise auf den Gabelstapler 11 versetzt, um auf Raumtemperatur abzukühlen.
Stattdessen werden bei dem erfindungsgemäßen Aufbau, wobei der Aufbau in 2B gezeigt ist, die Objekte 12, die mit Wärme zu behandeln sind, bei der ersten Phase R mit einem Gabelstapler 11 oder dergleichen zu einem Gitter 13 eines Wärmebehandlungsofens 10 transportiert, und bei der Phase S wird der Ofen 10 mit Energie 15 beschickt und die Wärmebehandlung wird beispielsweise mittels eines Wärmebehandlungsprozesses gemäß 1A ausgeführt. Bei der Phase T werden die wärmebehandelten Objekte 12 aus dem Ofen 10 beispielsweise mit dem Gabelstapler 11 herausgenommen.
Bei einer vorteilhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung, die in den 2C–2E gezeigt ist, wird ein Nebelkammerabkühlen angewendet, wobei bei dieser Anwendung der Kühlraum, d.h. der Aushärtraum, ein halb geschlossener Raum ist, in den das Objekt/die Objekte gebracht wird/werden, um gehärtet/gekühlt zu werden. Ein Kühlgas-Partikelnebel wird in die Nebelkammer 30 durch eine oder mehrere Düsen 31 zugeführt. In 2C ist die Nebelkammer mit den Bezugszeichen 30 bezeichnet. Die Nebelkammer 30 weist einen Satz an Verteilerrohren 36 und Mischern 32 auf. Ein Partikel-, Gas- und Flüssigkeitsstrom tritt in die Mischer 32 aus Rohren 33, 34, 35. Aus den Düsen 31 von dem Satz an Verteilerrohren 36 wird das Kühlmedium in die Nebelkammer 30 geblasen. Eine Abgasströmung ist mit einem Bezugspfeil 37 markiert, wobei die Abgasströmung in den Abgasabsaugung 38 tritt. 2D zeigt in schematischer Weise einen Düsenaufbau, der gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Nebelkammer 30 angewendet wird, wobei die Düse mit einem Mischer 32 verbunden ist, bei dem die Flüssigkeit-, Gas- und Partikelstrahlen, die durch die Kanäle 33, 34 und 35 treten, so gemischt werden, dass die erwünschte Zusammensetzung erreicht wird, um in die Kammer 30 durch eine Düse 31 zugeführt zu werden. Die Kammer 30 kann die geometrische Form eines Zylinders haben oder eine Kammer und der Abschreckraum kann ein halb geschlossener Raum oder ein Raum sein, der anderweitig mit einem geeigneten Entgasen ausgestattet ist. Die Düsen 31, die in Verbindung mit der Nebelkammer 30 verwendet werden, können fixiert sein, und die Düse 31 erzeugt einen Gas-Flüssigkeits-Partikel-Sprühnebel und die Einstellung von dem Gemisch und der Strömung findet zu Beginn des Satzes an Verteilerrohren, die die Düsen 31 verbinden, statt. Die Düsen 31 können einstellbar sein und fixierte oder bewegliche Düsen 31 können verwendet werden, um die Strömung zu richten, und die Einstellung und die Steuerung von der Form der Strömungsöffnung und von dem Strömungsstrahl können mittels einer Steuereinrichtung 39 ausgeführt werden und die Einstellung und Steuerung finden in dem Mischer 32 statt. Der Mischer 32 kann ein Mischer sein, der kontinuierlich gesteuert werden kann oder bei korrekten Werten zuvor eingestellt worden ist, und es ist möglich, eine Einheit aus der Zwischenvorgang von dem Mischer 32 und der Düse 31 auszubilden, wobei diese Einheit mit der Hilfe der Bewegungen der Halterungen zu dem erwünschten Ort und in der erwünschten Blasrichtung in der Nebelkammer 30 bewegt wird. 2E zeigt in schematischer Weise Düsen 31, die mit einem Verteilerrohr 36 verbunden sind, wobei in das Verteilerrohr 36 eine Strömung durch einen Mischer 32 geleitet wird, in den die Strömungen durch Kanäle 33, 34, 35 geleitet werden, um in eine Nebelkammer 30 durch die Düsen 31 geblasen zu werden.
3A zeigt ein Steuern des Wärmebehandlungsverfahrens. Chargendaten 22, die sich auf die mit Wärme zu behandelnden Objekte beziehen, und Parameter 23 von dem Ofen werden in eine Steuereinheit 20 zugeführt. Die Temperatur im Inneren 24 und an der Oberfläche 25 von dem Objekt/den Objekten, das/die in dem Ofen 21 angeordnet ist/sind, wird überwacht und die Daten werden in die Steuereinheit 20 zugeführt. Die Steuereinheit 20 behandelt die Daten und mit der Steuerung 28 steuert 26 sie den Volumenstrom und die Temperatur (V1/T1) von der Kühlluft 31, die in einen Mischer 25 zugeführt wird, und die Massenströmung 27 (oder die Volumenströmung) und die Temperatur (m2/T2) von einem Additiv, das möglicherweise mit dem Kühlmedium vermischt wird. Ein Kühllüfter (Strömungsrate) 32 von dem Ofen wird mit einer Steuerung 29 gesteuert. Sofern dies erforderlich ist, werden die Temperaturdaten von der Kühlluft 31 und dem Additiv 27, das vermischt wird, gemessen und zu der Steuereinheit 20 geliefert. Wärmebehandlungsdaten von der Steuereinheit 20 werden außerdem für Wärmebehandlungsberichte übertragen und verwendet, die zu einem Qualitätssystem 30 zugehörig sind.
3B zeigt ein Steuerschema für das Ausführungsbeispiel gemäß den 2C–2E. Bei dieser Anwendung bedeutet das Abkühlen eines heißen Objekts, dass die Übertragung von Wärmeenergie von dem Objekt von dem Objekt bei der erwünschten Wärmeübertragungskapazität entfernt wird. Gemäß der Zeichnung wird ein thermisches Modell 41 von dem Objekt auf der Grundlage der thermischen Eigenschaft 42 des Materials, dem Objekt 43 selbst (Form, Masse, Anfangstemperatur, Material) und der Kühlkurve 44 von dem Objekt ausgebildet, wobei danach die benötigte Kühlkapazität 45 bestimmt wird, wenn die Daten mit den Daten 46 von dem Kühlmedium und den Daten 47 von dem Mischer der Düse kombiniert werden. Danach werden das Volumen und der Massenstrom, die benötigt werden, als eine Funktion 48 der Zeit vorgesehen, die auf der Grundlage von Messdaten 49, die durch eine Temperaturmessung 53 erhalten werden, verifiziert wird. Danach wird die Steuerung und Einstellung 54 von den Düsen bei jedem Mischer ausgeführt. Auf der Grundlage der benötigten Kühlkapazität 45 und der Messkorrekturen 49 werden Qualitätsberichte 55 bestimmt, wobei mit der Hilfe von diesen Qualitätsberichten es möglich ist, die Steuerung und die Einstellparameter genauer zu gestalten und Daten betreffend die Temperaturen, die von dem Objekt/den Objekten gemessen werden, zu erhalten.

Claims

Wärmebehandlungsverfahren, wobei bei diesem Verfahren ein Objekt/Objekte mit Wärme behandelt wird/werden, wobei bei diesem Verfahren die Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen oder dergleichen stattfindet, wobei bei diesem Verfahren in Verbindung mit der Wärmebehandlung eine Wärmeübertragung von dem Objekt/den Objekten gesteuert wird durch ein Einstellen der Rate der Änderung der Temperatur von dem Objekt/den Objekten, die wärmebehandelt werden, auf die erwünschte Höhe bei verschiedenen Wärmebehandlungsphasen, wobei bei diesem Verfahren der Kühlprozess gesteuert wird durch ein Einstellen der Wärmeübertragungskapazität, um die erwünschten Phasenänderungen und/oder die erwünschte Mikrostruktur zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die verschiedenen Phasen der Wärmebehandlung in dem gleichen Wärmebehandlungsofen ausgeführt werden ohne Bewegen des Objektes/der Objekte aus dem Wärmebehandlungsofen vor der Vollendung der Behandlung, so dass das Objekt/die Objekte (12), die wärmebehandelt werden, zu einem Gitter (13) des Wärmebehandlungsofens (10) transportiert wird/werden, wobei die Wärmebehandlung an dem Objekt (an den Objekten) (12), die an dem ortsfesten Gitter (13) ruhen, ausgeführt wird, und das wärmebehandelte Objekt/die wärmebehandelten Objekte (12) aus dem Wärmebehandlungsofen (10) herausgenommen wird/werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Phasen aufweist: a) dass der Erwärmungsprozess/Kühlprozess bei einer Zwischentemperatur gehalten wird, um die Temperaturverteilung des Objektes auszugleichen, b) der Kühlprozess bei einer Zwischentemperatur oberhalb der Phasenänderungstemperatur gehalten wird, um die Temperatur auszugleichen, c) dass nach der Kühlphase der Kühlprozess bei einer Zwischentemperatur gehalten wird, und die Behandlung mit der nächsten Wärmebehandlungsphase fortgesetzt wird, d) dass die Kühlphase eine oder mehrere Zwischentemperaturen und/oder Kühlratensequenzen, die im Hinblick auf die Dauer und die Temperaturhöhe variieren können, aufweisen kann, e) der Kühlprozess bei einer Zwischentemperatur vor dem Starten der nächsten Wärmebehandlungsphase gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Wärmeübertragungskapazität von dem Objekt/den Objekten, die wärmebehandelt werden, mittels Konvektion eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektionseigenschaften von dem Wärmeübertragungsmedium reguliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungseigenschaften der endothermischen Phase von dem Wärmeübertragungsmedium eingestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Wärmeübertragungskapazität von dem Objekt/den Objekten, die wärmebehandelt werden, mittels Strahlung eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Kühlrate von dem Objekt, das wärmebehandelt wird, eingestellt wird durch ein Ändern der Wärmeübertragungskapazität auf Konvektionsbasis und/oder der Strahlungs-Wärmeübertragungskapazität.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Strahlungs-Wärmeübertragungskapazität gesteuert wird durch ein Ändern der Strahlungsabsorption von den Ofenwänden.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Strahlungs-Wärmeübertragungskapazität gesteuert wird durch ein Ändern der Wärmestrahlungsabsorptionseigenschaften von dem Wärmeübertragungsmedium.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Strahlungswärmeübertragungskapazität und/oder die Wärmeübertragungskapazität auf Konvektionsbasis gesteuert werden durch Ändern der endothermischen Masse von dem Wärmeübertragungsmedium.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Menge und die Strömungsrate von dem Wärmeübertragungsmedium, das in den Ofen geblasen wird, eingestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Strahlungskapazität und/oder die Konvektion eingestellt werden mittels der Zusammensetzung von dem Wärmeübertragungsmedium.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Strahlungskapazität eingestellt wird durch ein Ändern der Absorptionseigenschaften von der Ofenverkleidung und/oder dem Wärmeübertragungsmedium.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Wärmeübertragung und/oder die Strahlungseigenschaften von dem Objekt eingestellt werden durch Abdecken erwünschter Bereiche von dem Objekt, das wärmebehandelt wird, mit einer Lage, die diese Eigenschaften ändert, und/oder durch Steuern der Strömungsraten von dem Wärmeübertragungsmedium in verschiedenen Weisen an verschiedenen Oberflächen von dem Objekt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren der Wärmebehandlungsprozess gesteuert wird auf der Grundlage von Messergebnissen, die erhalten werden durch Messen der Temperatur von dem Objekt/den Objekten, die wärmebehandelt werden.