EP0621345A1 - Process and device for heat-treating workpieces - Google Patents

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Publication number
EP0621345A1
EP0621345A1 EP94105995A EP94105995A EP0621345A1 EP 0621345 A1 EP0621345 A1 EP 0621345A1 EP 94105995 A EP94105995 A EP 94105995A EP 94105995 A EP94105995 A EP 94105995A EP 0621345 A1 EP0621345 A1 EP 0621345A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
objects
heat treatment
carrier unit
heating
subjected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP94105995A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Dipl.-Ing. Veltrop
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hauzer Holding BV
Original Assignee
Hauzer Holding BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hauzer Holding BV filed Critical Hauzer Holding BV
Publication of EP0621345A1 publication Critical patent/EP0621345A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0018—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces for charging, discharging or manipulation of charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/773—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material under reduced pressure or vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B17/0083—Chamber type furnaces with means for circulating the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0037—Rotary furnaces with vertical axis; Furnaces with rotating floor

Definitions

  • the invention relates to a method for the heat treatment of objects in a vacuum furnace, in particular for hardening, high-temperature soldering and annealing, in which the respective objects are heated to a predeterminable temperature by convection heat and / or radiation energy during a heating-up phase, are kept at this temperature at least substantially for a certain period of time and then in a cooling-down phase using a cooling gas passed through the furnace with a predeterminable and preferably controllable cooling rate be cooled to a temperature which enables the objects to be unloaded. Furthermore, the invention is directed to an apparatus for performing this method.
  • convection heating is usually first carried out up to a temperature of approximately 850 ° C., whereupon the heating of the hardened material is continued by means of heating elements which supply radiation energy.
  • heating elements which supply radiation energy.
  • One reason for this is that an effective, more uniform heat transfer by convection is possible in the lower temperature ranges up to about 500 ° C to 600 ° C and a uniform heat transfer by radiant heating is possible in the upper temperature ranges.
  • the vacuum furnace charged with a batch to be subjected to the heat treatment can then be cooled in a controlled manner, the respective batch often having to be rapidly cooled at a specific, predetermined cooling rate in order to obtain the material subjected to the heat treatment, for example a Hardness to impart certain properties.
  • the cooling of the respective objects is generally carried out using an inert gas, for example using nitrogen, argon, helium or mixtures of these gases, frequently using high-pressure gas quenching.
  • an inert gas for example using nitrogen, argon, helium or mixtures of these gases, frequently using high-pressure gas quenching.
  • the respective medium is introduced into the receiving chamber of the vacuum oven through openings or nozzles, with attempts being made to heat as uniformly as possible by using a large number of such openings or nozzles or to achieve cooling.
  • the circulated cooling gas is passed through a heat exchanger and thus cooled by convection.
  • the gas pressure can vary in the range from - 0.7 bar to + 20 bar or more.
  • the object of the invention is to further develop the method of the type mentioned at the outset such that the uniformity of the desired temperature increase in the heating phase and the required temperature reduction in the cooling phase is significantly improved, in conjunction with the possibility of shortening the time period of the heating phase and the to minimize overall deformations while ensuring homogeneous heat treatment, in particular homogeneous hardening.
  • This object is essentially achieved according to the invention in that by changing the positioning of the objects arranged in the vacuum oven, at least during part of the heating and / or cooling phase, the heating and / or cooling gas flows toward varying areas of the heat treatment, in particular the hardening subjecting objects directed and in particular of these objects be distracted in changing directions.
  • the objects to be subjected to the heat treatment are not only exposed to different heating and / or cooling gas flows resulting from a multiplicity of inlet nozzles due to their change in position, but these objects are simultaneously used as variable flow deflection and turbulence generating elements, which results in a surprising uniformity is achieved in the heating and especially in the cooling phase, which leads to the avoidance of hard cracks, uneven hardness values and disruptive deformations, especially with large-area and difficult-to-shape parts and also in critical cases, post-processing operations to eliminate deformations.
  • Another significant advantage of the method according to the invention is that even in the event of a heating element failure or in the event of a nozzle clogging, there are no significant deteriorations, since the changes in position of the material to be subjected to the heat treatment inevitably compensate and local effects of such an error be compensated.
  • the invention is preferably used for hardening objects, but is not restricted to this application.
  • the change in the positioning of the objects to be hardened is preferably carried out by a continuous and / or a discontinuous movement of a carrier unit for the hardened material, which is generally supplied in batches, relative to the walls of a hardened material holding chamber, so that the hardened material is in relation to existing radiation organs and especially in relation to the large number of openings or nozzles provided in the region of the walls of the chamber, and thus a preferred position Illumination of certain batch areas or a preferred application of certain areas of the batch with cooling medium are avoided and, at the same time, a constantly changing, turbulence-forming structure is created with respect to the gases flowing into the chamber.
  • the carrier unit can be set in a rotating movement, a forward-backward movement, an up and down movement and / or in a pendulum movement, and it is also possible to superimpose these types of movement on one another in order to achieve the best possible result in each case.
  • a device for carrying out the method according to the invention consists in the usual way of a vacuum chamber which can be loaded with hardened material, an arrangement for supplying hot gas and arranged in the chamber, radiant heat-generating heating elements and an arrangement for supplying cooling gas, for which gas supply a plurality of in the Hardness-receiving space openings or nozzles are provided.
  • at least one support unit for the objects to be hardened which can be set in motion during the heating and / or cooling phase is provided in the hardening material receiving space and is connected to an external drive via a vacuum-tight passage.
  • This carrier unit and the drive assigned to it are designed so that the carrier unit can be driven to rotate and / or to raise and lower.
  • the method according to the invention and also the device intended for its execution can be used both with continuous heating and cooling, with alternating heating and cooling or with heating and / or cooling taking place in stages, whereby the advantages described are always achieved, particularly in the The heating and cooling of the elements to be hardened and the resulting, particularly homogeneous hardening are evened out and can be seen, in particular, in the minimization of deformations which occur, since the latter leads to considerable economic advantages, especially in the case of critical products, and costly reworking is unnecessary.
  • the device comprises a vacuum chamber identified by the general reference number 1, which is essentially cylindrical, is arranged horizontally or vertically and has a loading opening which can be closed in a vacuum-tight manner. Arrangements are also provided for supplying hot gas and for supplying cooling gas.
  • heating elements 5 for generating radiation energy, and these heating elements 5 are arranged so that radiation heating of the entire batch is possible.
  • the heating elements 5 are supplied via current feedthroughs 13.
  • a plurality of openings or nozzles 7 are provided in the walls of the hardening material receiving space 2, which are filled with hot gas or cooling gas can be fed, the supply of cooling gas via a line 6 and the discharge via an outlet 12. Because of this large number of nozzles 7, it is possible to expose the respective batch of objects to be hardened from different sides.
  • At least one table-shaped support unit 3 is provided on the bottom side in the receiving space 2, which is supported on a support bearing 8 and is rotatably supported.
  • the drive axis 11 of this carrier unit 3 is guided to the outside via a vacuum-tight feedthrough 9 and coupled to a drive 10.
  • This drive 10 can be designed such that it drives the carrier unit 3 at low speed, for example a speed of about one revolution per minute, and measures can be taken to additionally superimpose an up and down movement on this rotary movement.
  • the speed mentioned is only an example, and it is possible to select the rotational movement and an additional movement possibly superimposed on this rotational movement in such a way that the optimum results can be achieved depending on the particular operating case.
  • fixed receptacles for objects to be hardened without problems can also be provided in a hardening material receiving space.
  • the invention can be used in a particularly advantageous manner in the heat treatment of rotating body parts, specifically in hardening, annealing, soldering and the use of diffusion techniques in a vacuum furnace.
  • the carrier units can also be designed in the form of substrate tables that allow loading and unloading with conventional loading and unloading devices.

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Abstract

The process for heat-treating workpieces in a vacuum furnace is described, wherein, by altering the positioning of the material arranged in the vacuum furnace, the streams of heating gas and/or cooling gas are directed, at least during part of the heating-up phase and/or cooling-down phase, to varying regions of the workpieces, which are to be subjected to the heat treatment, and these workpieces are used as variable turbulence generators.

Description

Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Wärmebehandlung von Gegenständen in einem Vakuumofen, insbesondere zum Härten, Hochtemperaturlöten und -glühen,
bei dem die jeweiligen Gegenstände während einer Aufheizphase durch Konvektionswärme und / oder Strahlungsenergie auf eine vorgebbare Temperatur erhitzt, während einer bestimmten Zeitspanne zumindest im wesentlichen auf dieser Temperatur gehalten und anschließend in einer Abkühlphase unter Verwendung eines durch den Ofen geleiteten Kühlgases mit vorgebbarer und vorzugsweise regelbarer Ahkühlgeschwindigkeit auf eine das Entladen der Gegenstände ermöglichende Temperatur abgekühlt werden. Ferner ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet.The invention relates to a method for the heat treatment of objects in a vacuum furnace, in particular for hardening, high-temperature soldering and annealing,
in which the respective objects are heated to a predeterminable temperature by convection heat and / or radiation energy during a heating-up phase, are kept at this temperature at least substantially for a certain period of time and then in a cooling-down phase using a cooling gas passed through the furnace with a predeterminable and preferably controllable cooling rate be cooled to a temperature which enables the objects to be unloaded. Furthermore, the invention is directed to an apparatus for performing this method.

Bei der Wärmebehandlung von Gegenständen, insbesondere von zu härtenden Gegenständen in Vakuumöfen erfolgt üblicherweise zunächst eine Konvektionserwärmung bis zu einer Temperatur von etwa 850°C, worauf die Erwärmung des Härteguts mittels Strahlungsenergie liefernden Heizelementen fortgesetzt wird. Ein Grund dafür ist, daß in den unteren Temperaturbereichen bis etwa 500°C bis 600°C eine wirksame, gleichmäßigere Wärmeübertragung durch Konvektion und in den oberen Temperaturbereichen eine gleichmäßige Wärmeübertragung durch Strahlungsheizung möglich ist.In the heat treatment of objects, in particular objects to be hardened in vacuum ovens, convection heating is usually first carried out up to a temperature of approximately 850 ° C., whereupon the heating of the hardened material is continued by means of heating elements which supply radiation energy. One reason for this is that an effective, more uniform heat transfer by convection is possible in the lower temperature ranges up to about 500 ° C to 600 ° C and a uniform heat transfer by radiant heating is possible in the upper temperature ranges.

Nach einer bestimmten Haltezeit auf einer gewünschten Temperatur kann dann der mit einer der Wärmebehandlung zu unterziehenden Charge beschickte Vakuumofen geregelt abgekühlt werden, wobei die jeweilige Charge häufig mit einer bestimmten, vorgegebenen Abkühlgeschwindigkeit schnell gekühlt werden muß, um dem der Wärmebehandlung unterzogenen Gut, zum Beispiel einem Härtegut, bestimmte Eigenschaften zu verleihen.After a certain holding time at a desired temperature, the vacuum furnace charged with a batch to be subjected to the heat treatment can then be cooled in a controlled manner, the respective batch often having to be rapidly cooled at a specific, predetermined cooling rate in order to obtain the material subjected to the heat treatment, for example a Hardness to impart certain properties.

Das Abkühlen der jeweiligen Gegenstände erfolgt im Regelfall mittels eines Inertgases, zum Beispiel mittels Stickstoff, Argon, Helium oder Mischungen dieser Gase, wobei häufig von einer Hochdruckgasabschreckung Gebrauch gemacht wird.The cooling of the respective objects is generally carried out using an inert gas, for example using nitrogen, argon, helium or mixtures of these gases, frequently using high-pressure gas quenching.

Sowohl bei der Aufheizung des der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gutes durch Konvektionserwärmung als insbesondere auch beim Abkühlen dieses Gutes wird das jeweilige Medium durch Öffnungen oder Düsen in die Aufnahmekammer des Vakuumofens eingeleitet, wobei durch Verwendung einer Vielzahl solcher Öffnungen oder Düsen versucht wird, eine möglichst gleichmäßige Aufheizung bzw. Abkühlung zu erreichen.Both when heating the material to be subjected to heat treatment by convection heating and in particular when cooling this material, the respective medium is introduced into the receiving chamber of the vacuum oven through openings or nozzles, with attempts being made to heat as uniformly as possible by using a large number of such openings or nozzles or to achieve cooling.

Während der Kühlphase wird das umgewälzte Kühlgas über einen Wärmetauscher geleitet und damit durch Konvektion abgekühlt. Der Gasdruck kann dabei variieren im Bereich von - 0,7 Bar bis + 20 Bar oder mehr.During the cooling phase, the circulated cooling gas is passed through a heat exchanger and thus cooled by convection. The gas pressure can vary in the range from - 0.7 bar to + 20 bar or more.

Wesentlich für die Güte des Ergebnisses des durchgeführten Wärmebehandlungsverfahrens ist, daß sowohl eine gleichmäßige Aufheizung, die Aufrechterhaltung einer bestimmten Haltetemperatur als auch eine gleichmäßige Abkühlung erzielt wird, da nur dann die angestrebte homogene Wärmebehandlung, insbesondere Härtung, und vor allem ein Minimum an auftretenden Verformungen erreicht werden können.It is essential for the quality of the result of the heat treatment process that both a uniform heating, the maintenance of a certain holding temperature and a uniform cooling are achieved, since only then does the desired homogeneous heat treatment, in particular hardening, and above all a minimum of deformations occur can be.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Aufheizung mit mehreren Temperaturstufen zu arbeiten, das heißt den Aufheizvorgang stufenförmig zu gestalten, um während der einer Stufe entsprechenden Haltephase einen Temperaturausgleich im der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gut zu erreichen.It is known to work with several temperature levels to improve the uniformity of the heating, that is to say to make the heating process step-like in order to achieve a temperature compensation in the material to be subjected to the heat treatment during the holding phase corresponding to one level.

Im Zusammenhang mit dem Abkühlvorgang, bei dem das Kühlgas Strömungsgeschwindigkeiten von 30 m/sec bis 50 m/sec erreichen kann, ist bereits versucht worden, mit schwenkbaren Kühlgasdüsen zu arbeiten, um die Turbulenzbildung zu erhöhen und damit eine gleichmäßigere Kühlung des jeweiligen Gutes zu erreichen.In connection with the cooling process, in which the cooling gas can reach flow speeds of 30 m / sec to 50 m / sec, attempts have already been made to work with swiveling cooling gas nozzles in order to increase the turbulence formation and thus achieve a more uniform cooling of the respective goods .

Weiter hat man versucht, die Gleichmäßigkeit der Aufheizung und Kühlung zu verbessern, indem die Eintrittsrichtung der Heiz- und Kühlgase gewechselt und beispielsweise die Gasströmung abwechselnd von oben nach unten und von unten nach oben gerichtet worden ist.Attempts have also been made to improve the uniformity of heating and cooling by changing the direction of entry of the heating and cooling gases and, for example, the gas flow alternately from top to bottom and from bottom to top.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Vorgehensweisen ist vor allem, daß durch das stufenförmige Aufheizen eine sich auf die Wirtschaftlichkeit ungünstig auswirkende Verlängerung der Behandlungszeit entsteht und daß in der Abkühlphase die erreichbaren Kühlgasturbulenzen nicht immer ausreichend sind, um die angestrebte gleichmäßige Abkühlung einer Charge sicherzustellen. Im Falle von zu härtendem Gut kann dies zu möglichen Härterissen, ungleichmäßigen Härtewerten und störenden Verformungen von zu härtenden Gegenständen führen und aufwendige Nachbearbeitungen erforderlich machen kann.A disadvantage of these known procedures is above all that the step-like heating results in an extension of the treatment time which has an unfavorable effect on the economy and that the cooling gas turbulence which can be achieved in the cooling phase is not always sufficient to ensure the desired uniform cooling of a batch. In the case of goods to be hardened, this can lead to possible hardness cracks, uneven hardness values and disruptive deformations of objects to be hardened and can necessitate complex reworking.

Die Gefahr des Auftretens von Ungleichmäßigkeiten bei der Aufheizung oder Abkühlung ist insbesondere dann groß, wenn zum Beispiel ein Heizelement ausfällt oder Düsen ganz oder teilweise verstopft werden. Bei Verwendung von Schwenkdüsen kommt hinzu, daß die erforderlichen Schwenkantriebe eine zusätzliche Störungsquelle bilden.The risk of irregularities occurring during heating or cooling is particularly great if, for example, a heating element fails or nozzles are completely or partially blocked. In addition, when using swivel nozzles, the required swivel drives form an additional source of interference.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß die Gleichmäßigkeit der gewünschten Temperaturerhöhung in der Aufheizphase und der geforderten Temperaturerniedrigung in der Abkühlphase wesentlich verbessert wird, und zwar verbunden mit der Möglichkeit, die Zeitdauer der Aufheizphase zu verkürzen und die sich insgesamt ergebenden Verformungen bei Sicherstellung einer homogenen Wärmebehandlung, insbesondere einer homogenen Härtung zu minimieren.The object of the invention is to further develop the method of the type mentioned at the outset such that the uniformity of the desired temperature increase in the heating phase and the required temperature reduction in the cooling phase is significantly improved, in conjunction with the possibility of shortening the time period of the heating phase and the to minimize overall deformations while ensuring homogeneous heat treatment, in particular homogeneous hardening.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß durch Veränderung der Positionierung der im Vakuumofen angeordneten Gegenstände zumindest während eines Teils der Aufheiz- und / oder Abkühlphase die Heiz- und / oder Kühlgasströme auf variierende Bereiche der der Wärmebehandlung, insbesondere der Härtung zu unterziehenden Gegenstände gerichtet und von diesen Gegenständen insbesondere in wechselnden Richtungen abgelenkt werden.This object is essentially achieved according to the invention in that by changing the positioning of the objects arranged in the vacuum oven, at least during part of the heating and / or cooling phase, the heating and / or cooling gas flows toward varying areas of the heat treatment, in particular the hardening subjecting objects directed and in particular of these objects be distracted in changing directions.

Nach der Erfindung werden die der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gegenstände nicht nur aufgrund ihrer Positionsveränderung jeweils unterschiedlichen Heiz- und / oder Kühlgasströmungen, herrührend von einer Vielzahl von Einlaßdüsen, ausgesetzt, sondern diese Gegenstände werden gleichzeitig als variable Strömungsumlenk- und Turbulenzerzeugungsorgane genutzt, wodurch eine überraschende Gleichmäßigkeit in der Aufheiz- und vor allem auch in der Abkühlphase erzielt wird, die zur Vermeidung von Härterissen, ungleichmäßigen Härtewerten und störenden Verformungen führt, und zwar insbesondere auch bei großflächigen und formschwierigen Teilen und auch in kritischen Fällen Nachbearbeitungsvorgänge zur Beseitigung von Verformungen überflüssig macht.According to the invention, the objects to be subjected to the heat treatment are not only exposed to different heating and / or cooling gas flows resulting from a multiplicity of inlet nozzles due to their change in position, but these objects are simultaneously used as variable flow deflection and turbulence generating elements, which results in a surprising uniformity is achieved in the heating and especially in the cooling phase, which leads to the avoidance of hard cracks, uneven hardness values and disruptive deformations, especially with large-area and difficult-to-shape parts and also in critical cases, post-processing operations to eliminate deformations.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist, daß selbst bei Ausfall eines Heizelementes oder im Falle einer Verstopfung einer Düse keine wesentlichen Verschlechterungen auftreten, da aufgrund der vorgesehenen Positionsveränderungen des der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gutes zwangsläufig ein Ausgleich geschaffen und lokale Auswirkungen eines solchen Fehlers kompensiert werden.Another significant advantage of the method according to the invention is that even in the event of a heating element failure or in the event of a nozzle clogging, there are no significant deteriorations, since the changes in position of the material to be subjected to the heat treatment inevitably compensate and local effects of such an error be compensated.

Bevorzugt wird die Erfindung zum Härten von Gegenständen verwendet, sie ist aber nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.The invention is preferably used for hardening objects, but is not restricted to this application.

Die Veränderung der Positionierung der zu härtenden Gegenstände wird bevorzugt durch eine kontinuierliche und / oder eine diskontinuierliche Bewegung einer Trägereinheit für das Härtegut, das im Regelfall chargenweise zugeführt wird, relativ zu den Wandungen einer Härtegut-Aufnahmekammer vorgenommen, so daß das Härtegut bezüglich vorhandener Strahlungsorgane und vor allem bezüglich der Vielzahl der im Bereich der Wandungen der Kammer vorgesehenen Öffnungen oder Düsen unterschiedliche Positionen einnimmt und damit ein bevorzugtes Anstrahlen bestimmter Chargenbereiche oder ein bevorzugtes Beaufschlagen bestimmter Bereiche der Charge mit Kühlmedium vermieden und gleichzeitig bezüglich der in die Kammer strömenden Gase eine sich ständig verändernde, turbulenzbildende Struktur geschaffen wird.The change in the positioning of the objects to be hardened is preferably carried out by a continuous and / or a discontinuous movement of a carrier unit for the hardened material, which is generally supplied in batches, relative to the walls of a hardened material holding chamber, so that the hardened material is in relation to existing radiation organs and especially in relation to the large number of openings or nozzles provided in the region of the walls of the chamber, and thus a preferred position Illumination of certain batch areas or a preferred application of certain areas of the batch with cooling medium are avoided and, at the same time, a constantly changing, turbulence-forming structure is created with respect to the gases flowing into the chamber.

Die Trägereinheit kann in eine rotierende Bewegung, eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegung, eine Auf- und Abbewegung und / oder in eine Pendelbewegung versetzt werden, und ist auch möglich, diese Bewegungsarten einander zu überlagern, um das jeweils bestmögliche Ergebnis zu erzielen.The carrier unit can be set in a rotating movement, a forward-backward movement, an up and down movement and / or in a pendulum movement, and it is also possible to superimpose these types of movement on one another in order to achieve the best possible result in each case.

Von besonderem Vorteil ist es, die Bewegungen der Trägereinheit in Abhängigkeit von der Messung der Temperaturgleichmäßigkeit des Härtegutes zu steuern, um auf diese Weise auch bei schwierigen Werkstücken bestmögliche Ergebnisse hinsichtlich der Homogenität der Härtung und der Maßhaltigkeit zu erzielen.It is particularly advantageous to control the movements of the carrier unit as a function of the measurement of the temperature uniformity of the hardened material, in order to achieve the best possible results with regard to the homogeneity of the hardening and the dimensional stability even in the case of difficult workpieces.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht in üblicher Weise aus einer mit Härtegut beschickbaren Vakuumkammer, einer Anordnung zur Heißgaszuführung sowie in der Kammer angeordneten, Strahlungswärme erzeugenden Heizelementen und einer Anordnung zur Zuführung von Kühlgas, wobei für diese Gaszuführung eine Vielzahl von in den Härtegut-Aufnahmeraum mündenden Öffnungen oder Düsen vorgesehen sind. In dem Härtegut-Aufnahmeraum ist gemäß der Erfindung zumindest eine, während der Aufheiz- und / oder Kühlphase in Bewegung versetzbare Trägereinheit für die zu härtenden Gegenstände vorgesehen, die über eine vakuumdichte Durchführung mit einem außenliegenden Antrieb verbunden ist.A device for carrying out the method according to the invention consists in the usual way of a vacuum chamber which can be loaded with hardened material, an arrangement for supplying hot gas and arranged in the chamber, radiant heat-generating heating elements and an arrangement for supplying cooling gas, for which gas supply a plurality of in the Hardness-receiving space openings or nozzles are provided. According to the invention, at least one support unit for the objects to be hardened which can be set in motion during the heating and / or cooling phase is provided in the hardening material receiving space and is connected to an external drive via a vacuum-tight passage.

Die Lagerung dieser Trägereinheit und der ihr zugeordnete Antrieb sind so ausgebildet, daß die Trägereinheit rotierend und / oder heb- und senkbar angetrieben werden kann.The mounting of this carrier unit and the drive assigned to it are designed so that the carrier unit can be driven to rotate and / or to raise and lower.

Es ist auch möglich, in der Härtegut-Aufnahmekammer mehrere derartige Trägereinheiten vorzusehen, die unabhängig voneinander antreibbar sein können.It is also possible to provide a plurality of such carrier units in the hardening material receiving chamber, which are independent of one another can be driven.

Das erfindungsgemäße Verfahren und auch die zu deren Ausführung bestimmte Vorrichtung lassen sich sowohl bei kontinuierlicher Aufheizung und Abkühlung, bei abwechselnder Aufheizung und Abkühlung oder bei in Stufen stattfindender Aufheizung und / oder Abkühlung verwenden, wobei stets die geschilderten Vorteile erzielt werden, die vor allem in der Vergleichmäßigung der Aufheizung und der Abkühlung der zu härtenden Elemente und der daraus resultierenden, besonders homogenen Härtung bestehen und insbesondere in der Minimierung auftretender Verformungen zu sehen sind, da letzteres vor allem bei kritischen Produkten zu ganz erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen führt und kostenintensive Nachbearbeitungen überflüssig werden.The method according to the invention and also the device intended for its execution can be used both with continuous heating and cooling, with alternating heating and cooling or with heating and / or cooling taking place in stages, whereby the advantages described are always achieved, particularly in the The heating and cooling of the elements to be hardened and the resulting, particularly homogeneous hardening are evened out and can be seen, in particular, in the minimization of deformations which occur, since the latter leads to considerable economic advantages, especially in the case of critical products, and costly reworking is unnecessary.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in schematischer Weise in der beigefügten Zeichnung dargestellt.An embodiment of a device for performing the method according to the invention is shown schematically in the accompanying drawing.

Nach der Zeichnung umfaßt die Vorrichtung eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Vakuumkammer, die im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, horizontal oder vertikal angeordnet ist und an einem Ende eine vakuumdicht verschließbare Beschickungsöffnung aufweist. Vorgesehen sind ferner Anordnungen zur Heißgaszuführung und zur Zuführung von Kühlgas.According to the drawing, the device comprises a vacuum chamber identified by the general reference number 1, which is essentially cylindrical, is arranged horizontally or vertically and has a loading opening which can be closed in a vacuum-tight manner. Arrangements are also provided for supplying hot gas and for supplying cooling gas.

Im Aufnahmeraum 2 einer Innenkammer 14 für das Härtegut 4, das beispielsweise chargenweise in Trägergestellen oder Körben zugeführt werden kann, befinden sich mehrere Heizelemente 5 zur Erzeugung von Strahlungsenergie, und diese Heizelemente 5 sind so verteilt angeordnet, daß eine Strahlungsaufheizung der gesamten Charge möglich ist. Die Speisung der Heizelemente 5 erfolgt über Stromdurchführungen 13.In the receiving space 2 of an inner chamber 14 for the hardening material 4, which can be supplied, for example, in batches in support frames or baskets, there are several heating elements 5 for generating radiation energy, and these heating elements 5 are arranged so that radiation heating of the entire batch is possible. The heating elements 5 are supplied via current feedthroughs 13.

In den Wandungen des Härtegut-Aufnahmeraums 2 ist eine Vielzahl von Öffnungen oder Düsen 7 vorgesehen, die mit Heißgas oder Kühlgas gespeist werden können, wobei die Zuführung von Kühlgas über eine Leitung 6 und die Abführung über einen Auslaß 12 erfolgen kann. Aufgrund dieser Vielzahl von Düsen 7 ist es möglich, die jeweilige Charge von zu härtenden Gegenständen von den verschiedenen Seiten her Strömungen auszusetzen.A plurality of openings or nozzles 7 are provided in the walls of the hardening material receiving space 2, which are filled with hot gas or cooling gas can be fed, the supply of cooling gas via a line 6 and the discharge via an outlet 12. Because of this large number of nozzles 7, it is possible to expose the respective batch of objects to be hardened from different sides.

Zur Aufnahme des Härtegutes 4 ist im Aufnahmeraum 2 bodenseitig zumindest eine tischartig ausgebildete Trägereinheit 3 vorgesehen, die sich auf einem Trägerlager 8 abstützt und drehbar gelagert ist.To accommodate the hardened material 4, at least one table-shaped support unit 3 is provided on the bottom side in the receiving space 2, which is supported on a support bearing 8 and is rotatably supported.

Die Antriebsachse 11 dieser Trägereinheit 3 ist über eine vakuumdichte Durchführung 9 nach außen geführt und mit einem Antrieb 10 gekuppelt.The drive axis 11 of this carrier unit 3 is guided to the outside via a vacuum-tight feedthrough 9 and coupled to a drive 10.

Dieser Antrieb 10 kann so ausgebildet sein, daß er die Trägereinheit 3 mit geringer Geschwindigkeit, beispielsweise einer Geschwindigkeit von etwa einer Umdrehung pro Minute antreibt, und es können Maßnahmen getroffen sein, um zusätzlich dieser Drehbewegung eine Auf- und Ab-Bewegung zu überlagern.This drive 10 can be designed such that it drives the carrier unit 3 at low speed, for example a speed of about one revolution per minute, and measures can be taken to additionally superimpose an up and down movement on this rotary movement.

Die erwähnte Drehzahl stellt dabei lediglich ein Beispiel dar, und es ist möglich, die Rotationsbewegung und eine dieser Rotationsbewegung eventuell überlagerte Zusatzbewegung so zu wählen, daß sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsfall die optimalen Ergebnisse erzielen lassen.The speed mentioned is only an example, and it is possible to select the rotational movement and an additional movement possibly superimposed on this rotational movement in such a way that the optimum results can be achieved depending on the particular operating case.

Wesentlich für die Funktionsweise des Erfindungsgegenstandes ist das Zusammenwirken zwischen der Vielzahl der ortsfest angeordneten Gaszuführöffnungen oder Düsen und den keine definierte Position im Härtegut-Aufnahmeraum einnehmenden, sondern ihre Lage stets bzw. häufig verändernden, zu härtenden Gegenständen, da dieses Zusammenwirken zu überraschend vorteilhaften Ergebnissen hinsichtlich der Qualität der Härtung und der Minimierung von Verformungen führt, wobei Optimierungen durch die Wahl der Parameter, wie zum Beispiel Bewegungsgeschwindigkeit der zu härtenden Gegenstände und Dauer dieser Bewegungen, möglich sind.What is essential for the functioning of the subject matter of the invention is the interaction between the large number of stationary gas supply openings or nozzles and the objects which do not occupy a defined position in the hard material receiving space, but which constantly or frequently change their position, since this interaction results in surprisingly advantageous results The quality of the hardening and the minimization of deformation leads, optimizations through the choice of parameters, such as Movement speed of the objects to be hardened and duration of these movements are possible.

Zu erwähnen ist auch, daß in einem Härtegut-Aufnahmeraum neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Trägereinheiten zusätzlich auch Festaufnahmen für unproblematisch zu härtende Gegenstände vorgesehen sein können.It should also be mentioned that in addition to one or more carrier units according to the invention, fixed receptacles for objects to be hardened without problems can also be provided in a hardening material receiving space.

Die Erfindung kann in besonders vorteilhafter Weise bei der Wärmebehandlung von Drehkörperteilen verwendet werden, und zwar beim Härten, Glühen, Löten und der Anwendung von Diffusionstechniken im Vakuumofen.The invention can be used in a particularly advantageous manner in the heat treatment of rotating body parts, specifically in hardening, annealing, soldering and the use of diffusion techniques in a vacuum furnace.

Die Trägereinheiten lassen sich auch in Form von Substrattischen ausbilden, die ein Be- und Entladen mit herkömmlichen Lade- und Entladevorrichtungen gestatten.The carrier units can also be designed in the form of substrate tables that allow loading and unloading with conventional loading and unloading devices.

Claims (15)

Verfahren zur Wärmebehandlung von Gegenständen in einem Vakuumofen,
insbesondere zum Härten, Hochtemperaturlöten und -glühen von vorzugsweise großflächigen und formschwierigen Gegenständen, bei dem die der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gegenstände während einer Aufheizphase durch Konvektionswärme und / oder Strahlungsenergie auf eine vorgebbare Temperatur erhitzt, während einer bestimmten Zeitspanne zumindest im wesentlichen auf dieser Temperatur gehalten und anschließend in einer Abkühlphase unter Verwendung eines durch den Ofen geleiteten Kühlgases mit vorgebbarer und vorzugsweise regelbarer Abkühlgeschwindigkeit auf eine das Entladen der Gegenstände ermöglichende Temperatur abgekühlt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch Veränderung der Positionierung der im Vakuumofen angeordneten Gegenstände zumindest während eines Teils der Aufheiz- und / oder Abkühlphase die Heiz- und / oder Kühlgasströme auf variierende Bereiche der der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gegenstände gerichtet und von diesen Gegenständen insbesondere in wechselnden Richtungen abgelenkt werden.Process for the heat treatment of objects in a vacuum furnace,
in particular for hardening, high-temperature soldering and annealing of preferably large-area and difficult-to-shape objects, in which the objects to be subjected to the heat treatment are heated to a predeterminable temperature by convection heat and / or radiation energy during a heating-up phase, at least essentially kept at this temperature for a certain period of time and then cooled in a cooling phase using a cooling gas passed through the furnace at a predeterminable and preferably controllable cooling rate to a temperature which enables the objects to be unloaded,
characterized by
that by changing the positioning of the objects arranged in the vacuum furnace, at least during part of the heating and / or cooling phase, the heating and / or cooling gas flows are directed to varying areas of the objects to be subjected to the heat treatment and are deflected by these objects, in particular in changing directions. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Veränderung der Positionierung der der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gegenstände durch eine kontinuierliche und / oder eine diskontinuierliche Bewegung einer Trägereinheit für das jeweilige Gut relativ zu den Wandungen einer Gut-Aufnahmekammer vorgenommen wird.Method according to claim 1,
characterized by
that the change in the positioning of the objects to be subjected to the heat treatment is carried out by a continuous and / or a discontinuous movement of a carrier unit for the respective good relative to the walls of a good receiving chamber. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit in eine rotierende Bewegung versetzt wird.Method according to claim 2,
characterized by
that the carrier unit is set in a rotating movement. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit in eine lineare Umkehr- oder Pendelbewegung versetzt wird.Method according to claim 2,
characterized by
that the carrier unit is set in a linear reversing or oscillating movement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit in einander überlagerte Bewegungen, insbesondere in eine überlagerte Rotations- und Linearbewegung versetzt wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized by
that the carrier unit is set in superimposed movements, in particular in a superimposed rotational and linear movement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer Rotationsbewegung der Trägereinheit eine Taumelbewegung überlagert wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized by
that a rotary motion of the carrier unit is superimposed on a wobble motion. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegung der Trägereinheit in Abhängigkeit von Temperaturgleichmäßigkeitmessungen des der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gutes gesteuert wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized by
that the movement of the carrier unit is controlled as a function of temperature uniformity measurements of the material to be subjected to the heat treatment. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperaturgleichmäßigkeitsmessungen unter Verwendung von Kontaktthermoelementen, Distanzpyrometern und / oder Infrarotsensoren vorgenommen werden.Method according to claim 7,
characterized by
that the temperature uniformity measurements are carried out using contact thermocouples, distance pyrometers and / or infrared sensors. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bestehend aus einer mit dem der Wärmebehandlung zu unterziehenden Gut beschickbaren, sich horizontal oder vertikal erstreckenden Vakuumkammer, einer Anordnung zur Heißgaszuführung sowie in der Kammer angeordneten, Strahlungswärme erzeugenden Heizelementen und einer Anordnung zur Zuführung von Kühlgas, wobei sowohl zur Zuführung von Heißgas als auch von Kühlgas insbesondere eine Vielzahl von in den Gut-Aufnahmeraum mündenden Öffnungen oder Düsen vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Aufnahmeraum (2) für das der Wärmebehandlung zu unterziehende Gut zumindest eine in Bewegung versetzbare Trägereinheit (3) für die zu behandelnden Gegenstände (4) vorgesehen ist, die über eine vakuumdichte Durchführung (9) mit einem außenliegenden Antrieb (10) verbunden ist.Device for carrying out the method according to one or more of the preceding claims,
Consisting of a horizontally or vertically extending vacuum chamber that can be loaded with the material to be subjected to the heat treatment, an arrangement for supplying hot gas and arranged in the chamber, radiant heat generating heating elements and an arrangement for supplying cooling gas, both for supplying hot gas and cooling gas in particular a large number of them opening into the well receiving space Openings or nozzles is provided,
characterized by
that in the receiving space (2) for the material to be subjected to the heat treatment at least one movable support unit (3) for the objects to be treated (4) is provided, which is connected via a vacuum-tight feedthrough (9) to an external drive (10) is. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit (3) rotierend und / oder heb- und senkbar angetrieben ist.Device according to claim 9,
characterized by
that the carrier unit (3) is driven to rotate and / or to be raised and lowered. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit (3) tischförmig ausgebildet ist.Device according to claim 9 or 10,
characterized by
that the carrier unit (3) is table-shaped. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit (3) aus zumindest zwei beabstandeten Stäben besteht, von denen wenigstens einer drehend antreibbar ist und die zusammen eine Aufnahme für ringförmiges oder zylindrisches Härtegut bilden.Device according to claim 11,
characterized by
that the carrier unit (3) consists of at least two spaced rods, at least one of which can be driven in rotation and which together form a receptacle for annular or cylindrical hardened material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufnahmeraum (2) für das der Wärmebehandlung zu unterziehende Gut mit mehreren in Bewegung versetzbaren Trägereinheiten (3) ausgestattet ist, und daß diese Trägereinheiten (3) unabhängig voneinander antreibbar sind.Device according to one of claims 9 to 12,
characterized by
that the receiving space (2) for the material to be subjected to the heat treatment is equipped with a plurality of carrier units (3) which can be set in motion, and that these carrier units (3) can be driven independently of one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägereinheit (3) relativ zu statischen, die Strahlungsheizung bewirkenden Heizelementen bewegbar ist.Device according to one of claims 9 to 13,
characterized by
that the carrier unit (3) can be moved relative to static heating elements which effect the radiant heating. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daS für die Trägereinheiten vorgesehene Lagerkonstruktionen als verschleiß- und reibungsarme Konstruktionen ausgeführt sind, und zwar insbesondere unter Verwendung von Werkstoffpaarungen in Form von Kombinationen aus metallischen, keramischen und / oder beschichteten Werkstoffen, die bei erhöhter Temperatur eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.Device according to one of claims 9 to 14,
characterized by
that the bearing constructions provided for the support units are designed as low-wear and low-friction constructions, in particular using material pairs in the form of combinations of metallic, ceramic and / or coated materials which have a high compressive strength at elevated temperature.
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