EP1943364A1 - Verfahren und anlage zur trockenen umwandlung eines material-gefüges von halbzeugen - Google Patents

Verfahren und anlage zur trockenen umwandlung eines material-gefüges von halbzeugen

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EP1943364A1
EP1943364A1 EP06793788A EP06793788A EP1943364A1 EP 1943364 A1 EP1943364 A1 EP 1943364A1 EP 06793788 A EP06793788 A EP 06793788A EP 06793788 A EP06793788 A EP 06793788A EP 1943364 A1 EP1943364 A1 EP 1943364A1
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EP
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temperature
quenching chamber
quenching
interior
chamber
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
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    • 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
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite

Definitions

  • the present invention relates to a method and a plant for dry conversion of a material structure of semifinished products according to claims 1 and 11.
  • a heating of the material is carried out in a temperature range of about 850 0 C, so that the so-called austenite structure is established in the material.
  • the components heated in this way must be quenched very rapidly to the intermediate stage tempering temperature in their entire body temperature, that is to say also in the interior of the components.
  • the intermediate stage tempering temperature in their entire body temperature, that is to say also in the interior of the components.
  • a temperature range of about 220 0 C in which the so-called bainite microstructure sets.
  • this temperature is only slightly above the so-called martensite start temperature, to which the workpieces must not cool down during the microstructure conversion process under any circumstances, since this would result in massive disruption of the desired, particularly advantageous bainite microstructure.
  • the present invention is therefore based on the object to improve a method and a plant for dry conversion of a material structure of semi-finished products.
  • heating and / or cooling means of a system for dry conversion of a material structure of semifinished products according to the present invention may be formed as heating and / or cooling means of a wall delimiting an interior of a quenching chamber, so that the inner wall of the quenching chamber at least partially heating and / or cooling surface.
  • the temperature in the quenching chamber can be determined primarily and predominantly by the temperature of the chamber wall delimiting the interior space.
  • the quenching chamber is double-walled and filled with a heat exchange fluid.
  • the heating of the interior of the quenching chamber or also a possibly required cooling can thus be achieved simply by influencing the temperature of the heat exchange Fluids take place.
  • a regulation may be provided for this purpose, which optionally takes into account additional control parameters for keeping the temperature constant in the interior of the quenching chamber.
  • This procedure is based on the finding that the temperature of a sufficiently large mass is easier to stabilize, at least for a limited time, than a gas which is different during the quenching process and in part exposed to heat and in the interior of the quenching chamber or one of the quenching chambers flowing gas stream.
  • the time required for the quenching process and for the loading and unloading of the quenching chamber with the material to be quenched is considered as a limited time.
  • this contributes to the fact that the heating and / or cooling means of the wall of the wall bounding the interior of the quenching chamber at least approximately impose the temperature intended for the microstructure of the semifinished products, at least during the quenching process for the semifinished products.
  • the plant may in a preferred embodiment further comprise means for keeping constant the temperature, in particular in the quenching chamber.
  • a first means for keeping constant the gas temperature of course, the wall defining the interior of the quenching chamber. This can already cause a first temperature stabilization, both due to their mass and by their temperature impressed. Furthermore, an additional temperature stabilization can be achieved by means of a good heat-dissipating property, by means of which it dissipates the heat input caused by the highly heated semi-finished products during the quenching process from the interior of the quenching chamber to the outside.
  • such means for keeping constant the gas temperature in the interior of the quenching chamber may be a fluid with which the wall bounding the interior of the quenching chamber is tempered.
  • warming fluid or heat exchange fluid e.g. a heat carrier-01 can be used.
  • a gas stream flowing through the interior of the quenching chamber is provided. see. This also ensures a rapid removal of the heat input from the interior of the quenching chamber, and for additional cooling of the quenched semi-finished by nachströmendes, appropriately tempered gas.
  • this gas itself can in turn be influenced in its temperature by a heat exchange fluid.
  • this gas stream can also be adjusted to the temperature provided for the quenching process and impressed on the inner wall of the quenching chamber. Possibly. can thus be tempered with a heat exchange fluid, and thus with a temperature control, both the wall of the quenching chamber and the temperature of the gas stream.
  • the plant may further comprise a refrigeration unit.
  • a refrigeration unit This may be, for example, a so-called regenerator, which is cooled relative to the intended quenching temperature with an energy content which corresponds approximately to the energy content which is introduced into the quenching chamber by a batch of semi-finished products to be quenched.
  • the cooling unit can preferably also be exposed to the gas stream flowing through the quenching chamber.
  • the cooling unit can have such a heat storage mass and / or consist of such a material that, during the quenching process, a temperature compensation of the comparatively lower temperature cooling unit with the temperature of the gas flowing through the quenching chamber approximately in the same time takes place, as the temperature compensation between the quenched in the quenching, higher tempered semi-finished and just this gas.
  • the surface of the cooling unit is designed in such a way that written, preferably approximately equal rapid temperature compensation for the batch of quenched semis and the cooling unit supports.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic representations of a plant for the dry conversion of a material structure of semi-finished products
  • FIG. 3 shows a diagram, with temperature profiles of the outer and inner temperature of a semi-finished product to be quenched, and three undesired microstructure regions in a time / temperature diagram;
  • FIG. 4 shows a further time / temperature diagram with a component temperature curve illustrated by way of example, the temperature curve provided for structural transformation and a temperature curve of a temperature stabilizing element of the device.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a plant 1 for the dry conversion of a material structure of semi-finished products by means of a quenching chamber 2.
  • the heart of the double-walled quenching chamber 2 forms their Interior 4, which is loaded with a charge qurecking semifinished product 7.
  • a heat exchange fluid For adjusting the temperature of the interior 4 of the quenching chamber 2 and the quenching process of the semifinished gas is provided between an inner wall 5 and an outer wall 6 of the double-wall quenching chamber 2 as a heating and / or cooling means 3, a heat exchange fluid.
  • this heat exchange fluid 3 can be acted upon by a fluid circuit, in particular, is suitable for a pump 8 which can drive the fluid circuit, for example, according to the direction of arrow 9.
  • the wall 5 delimiting the interior can be uniformly tempered and adjusted to the temperature intended for the intermediate stage treatment. But this is also the located in the interior 4, and the quenching process for the semifinished causing gas adjusted to this temperature.
  • the temperature of the inner wall 4 delimiting wall 5 is now set precisely to this intermediate stage tempering temperature, so that it is reliably ensured that a tribedes, quenching semi-finished at any time falls below this temperature in the interior 4 and thus it is also ensured that no interference the material-structure transformation by falling below eg the martensite start temperature is possible.
  • the heating and / or cooling means of the inner space 4 delimiting wall 5 are designed so that they maintain the temperature provided for the structural transformation reliably at least during the quenching process for the semi-finished products.
  • the system may further comprise appropriate means.
  • Such means of reconciliation Maintaining the temperature in the interior 4 can be, for example, the wall 5 delimiting the interior, a heat exchange fluid 3 which controls this wall 5, a gas flow flowing through the interior 4, and a heat exchange fluid which controls the gas flow.
  • such a gas flow to the interior 4 of the quenching chamber 2 can be acted upon via the gas line 11 with a blower 12 arranged therein.
  • the number 13 designates in this embodiment provided for the constant maintenance of the gas temperature, also arranged in this gas circulation heat exchanger.
  • An exemplary gas flow direction is symbolized by the arrow 14.
  • the fluid which controls the gas flow heat exchanger 13 can likewise be supplied by a heating and / or cooling unit 15 which already effects the heat exchange fluid 3 for temperature control of the inner wall 5 of the quenching chamber 2.
  • a cooling unit 16 may be provided with an otherwise identical structure in addition, which can quickly absorb the introduced from the highly heated semi-finished in the interior 4 energy.
  • the gas flow flowing through the interior 4 of the quenching chamber 2 can be maintained substantially constant at the temperature intended for the intermediate stage coating, even with a larger mass of semi-finished products introduced.
  • this cooling unit 16 is introduced into the gas flow and flows around it in such a way that the fastest possible temperature compensation is possible by the heat absorption from the gas flow heated by the charge.
  • the heat sink 16 cooled down to a so-called regeneration temperature before the quenching process can absorb or compensate for the heat released by the batch during the quenching process, in particular if the surface, the storage mass and the material are also good for a ne rapid heat absorption from the gas stream are formed.
  • a so-called regeneration temperature before the quenching process can absorb or compensate for the heat released by the batch during the quenching process, in particular if the surface, the storage mass and the material are also good for a ne rapid heat absorption from the gas stream are formed.
  • well-suited tube bundles of corresponding thick-walled copper which have both a rapid heat conduction and a good heat storage mass.
  • the tubes can even be formed ribbed even to effect an even faster temperature compensation.
  • the cooling unit 16 is preferably operated discontinuously. This makes it possible to cool the cooling unit 16 exactly by the amount of energy that is introduced by the charge subsequently introduced as excess energy and is to be absorbed by it.
  • FIG. 3 shows a time / temperature diagram with a component temperature curve (BT-I) and a component outside temperature curve (BT-A). These two temperature curves meet approximately in the range of 220 0 C, the Bauwelin- in the internal temperature (BT-I) proceeds so that they neither the perlite area P passes through even the range for continuous bainite (kB). Furthermore, it can be seen that the component temperature, ie the temperature of the semi-finished products, at no time below the Eisenfactvergutungstemperatur of 220 0 C.
  • BT-I component temperature curve
  • BT-A component outside temperature curve
  • the temperature range around 200 ° C. represents the martensite start temperature range (M-ST-T), below which, during the quenching process, the martensite microstructure which disturbs the formation of the desired bainite material structure is at least massively disturbing if not impractical Forming semi-finished products.
  • the temperature scale extends in this diagram from 0 to 900 0 C, the time scale from 0 to 90 seconds.
  • an average component temperature (BT), the bainitization temperature (B) and the temperature (RT) of the cow unit, in this case regenerator, are plotted over the same temperature / time scales. From this it can be seen that a compensation of the component temperature (BT) with the compensation provided for the insectsvergutung of the half material. Processing temperature, here bainitization, runs approximately equally fast, such as the temperature compensation of the pre-cooled cooling unit 16, also with this insectsvergütungstemperatur.
  • the cooling unit 16 reaches the bainitization temperature slightly faster than the components, which in turn ensures that the components can in no case be cooled below the bainitization temperature.

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Abstract

Anlage (1) zur trockenen Umwandlung eines Materialgefüges von Halbzeugen, insbesondere zur trockenen Bainitisierung, mit einer Abschreckkammer (2), mit Heiz- und/oder Kühlmittel zur Einstellung der im Innern der Abschreckkammer vorherrschenden Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und/oder Kühlmittel als Heiz- und/oder Kühlmittel (3) einer einen Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) begrenzenden Wandung (5) ausgebildet sind.

Description

"Verfahren und Anlage zur trockenen Umwandlung eines Material- Gefüges von Halbzeugen"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur trockenen Umwandlung eines Material-Gefüges von Halbzeugen nach den Ansprüchen 1 und 11.
Stand der Technik
Zur Verbesserung der Materialeigenschaften metallischer Bauelemente ist es bekannt, mittels Wärmebehandlungsverfahren deren Materialgefüge zu beeinflussen. Neben einer ganzen Vielzahl von Metallen eignen sich für solche Behandlungsverfahren insbesondere Stähle, von denen wiederum beispielsweise 100Cr6 gerne mit solchen Zwischenstufenvergütungsverfahren behandelt wird.
Bezogen auf 100Cr6 wird beispielweise zuerst eine Erhitzung des Materials in einen Temperaturbereich von etwa 850 0C durchgeführt, so dass sich in dem Material das sogenannte Austenit-Gefüge einstellt. Anschließend müssen die so erhitzten Bauteile in ihrer gesamten Körpertemperatur, also auch im Inneren der Bauteile, sehr rasch auf die Zwischenstufen- Vergütungstemperatur abgeschreckt werden. Bevorzugt wird hier ein Temperaturbereich von ca. 220 0C, bei der sich das sogenannte Bainit-Gefüge einstellt. Diese Temperatur liegt jedoch nur geringfügig oberhalb der sogenannten Martensit- Starttemperatur, auf die die Werkstücke während des Gefügeum- wandlungsprozesses auf keinen Fall abkühlen dürfen, da dies massive Störungen des gewünschten, besonders vorteilhaften Bainit-Gefüges zur Folge haben würde. Andere Störungen der Ausbildung des Bainit-Gefuges können durch zu langsames Abkühlen der Bauteile hervorgerufen werden. Insbesondere ist hier der Perlit-Gefugebereich zu nennen. Per- lit-Gefuge stellt sich in etwa zwischen 730 0C und 470 0C bei längerem Verweilen des Materials in diesem Temperaturbereich ein. Eine weitere Störung stellt der sogenannte kontinuierliche Bainit-Bereich dar, dessen oberer Temperaturbereich sich mit dem unteren Temperaturbereich zur Ausbildung des Perlit- Gefuges überschneidet. Sein unterer Temperaturbereich reicht, abhangig von der Verweildauer des Materials bis in die Nahe des Banitisierungsbereiches hinunter.
Um die Ausbildung derartiger, unerwünschter Gefuge in den zu behandelnden Bauteilen zu verhindern, wird eine Abkuhlzeit für das gesamte Bauteil, also sowohl außen als auch innen im Kern, von 35 Sekunden bis 40 Sekunden als erforderlich angesehen.
Zur Überwindung der aus den bisher gebrauchlichen Salzbad- Abkuhlverfahren bekannten Nachteile, wie z.B. hohe Umwelt- schadlichkeit, Reinheitsprobleme des Salzbades, Reinigungsprobleme bei den Bauteilen und Kostenintensitat, wurden sogenannte trockene Zwischenstufen-Vergutungsverfahren entwickelt. Hierbei werden die Bauteile in einem Innenraum einer Abschreckkammer mittels eines in seiner Temperatur geregelten Gases abgeschreckt. Um die dabei freigesetzte enorme Energie abfuhren zu können, wird der Innenraum der Abschreckkammer mit einem entsprechenden Gasstrom beaufschlagt.
Zur Temperaturregelung dieses Gasstroms wird z.B. in der DE 100 44 362 C2 eine Variierung einer effektiv überströmten Flache eines das Gas kühlenden Wärmetauschers vorgeschlagen. In einem anderen Verfahren wird eine aktive Regelung der Gastemperatur mittels zwei parallel geschalteten Gas- Stromungskanalen vorgeschlagen, wovon ein Kanal gekühlt und der andere beheizt wird. Über Ventile sollen dabei die Stromungsanteile des warmen und kalten Kanals entsprechend eingestellt werden, um die Gastemperatur zu regeln.
Beide Verfahren sind jedoch mit dem Problem behaftet, dass, je nach Verhalten der Regelstrecke, die Gastemperatur um die Sollwerttemperatur (Zwischenstufenvergütungstemperatur) zumindest vorrübergehend herumpendelt. Es kann daher nicht ausgeschlossen werden, dass die Gastemperatur kurzzeitig die Mar- tensit-Starttemperatur unterschreitet und damit die Gefügeausbildung z.B. von Bainit in den Bauteilen zumindest gefährdet, wenn nicht sogar verhindert. Dies deshalb, da die Randbereiche eines Bauteils, insbesondere dünnwandige Stellen, Ecken oder Gewindegänge sehr schnell die Gastemperatur annehmen.
Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur trockenen Umwandlung eines Material-Gefüges von Halbzeugen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anlage zur trockenen Umwandlung eines Material-Gefüges der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend können Heiz- und/oder Kühlmittel einer Anlage zur trockenen Umwandlung eines Material-Gefüges von Halbzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung als Heiz- und/oder Kühlmittel einer einen Innenraum einer Abschreckkammer begrenzenden Wandung ausgebildet sein, so dass die Innenwandung der Abschreckkammer wenigstens teilweise eine Heiz- und/oder Kühlfläche um- fasst. Dadurch kann die Temperatur in der Abschreckkammer vorrangig und überwiegend von der Temperatur der den Innenraum begrenzenden Kammerwand bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschreckkammer dabei doppelwandig ausgebildet und mit einem Wärmeaustausch- Fluid gefüllt. Das Beheizen des Innenraums der Abschreckkammer bzw. auch ein ggf. erforderliches Kühlen kann somit einfach durch Einflussnahme auf die Temperatur des Wärmeaustausch- Fluids erfolgen. Insbesondere kann hierzu eine Regelung vorgesehen sein, die ggf. noch zusätzliche Regelparameter zur Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum der Abschreckkammer berücksichtigt .
Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Temperatur einer ausreichend großen Masse zumindest für eine begrenzte Zeit leichter zu stabilisieren ist, als ein während des Abschreckvorgangs verschiedenen, zum Teil voneinander unabhängigen Temperaturein- und austrägen ausgesetztes Gas im Innenraum der Abschreckkammer bzw. eines die Abschreckkammer durchströmenden Gasstroms. Als begrenzte Zeit wird hierbei insbesondere die für den Abschreckvorgang und für die Be- bzw. Entladung der Abschreckkammer mit dem abzuschreckenden Material erforderliche Zeit betrachtet.
Insbesondere wurde hier erkannt, dass die bisher in den bekannten Vorrichtungen genutzte Wärmeabfuhrmöglichkeit durch die sogenannten „kalten Abschreckkammern" (hierbei handelt es sich um Abschreckkammern mit Raumtemperatur, die mit einem Kühler in der Form eines mit Kühlwasser betriebenen Wärmetauschers für den Gasstrom betrieben werden) einen Regelparameter darstellt, der aufgrund seiner unterhalb des einzuregelnden Bereichs liegenden Temperatur mit verantwortlich für das Pendeln der Gastemperatur während des Abschreckvorgangs ist.
Durch Anheben der Temperatur des Innenraums der Abschreckkammer von der bisher üblichen, die Abschreckkammer umgebenden Raumtemperatur auf die gewünschte, einzuregelnde Abschrecktemperatur, entfällt zwar der bisher nutzbare, zusätzliche Kühleffekt während des Abschreckvorgangs. Demgegenüber steht jedoch der enorme Vorteil, dass durch ein derartiges Anlagenkonzept ein Unterschreiten der im Innenraum der Abschreckkammer herrschenden Gastemperatur während des gesamten Abschreckvorgangs zuverlässig verhindert wird. Damit kann sichergestellt werden, dass die abzuschreckenden Halbzeuge während des Abschreckvorgangs zu keiner Zeit in ihrer Temperatur bis in den Bereich der Martensit-Starttemperatur abfallen und somit die Ausbildung des Bainit-Gefüges stören oder sogar verhindern konnten .
Insbesondere tragt hierzu bei, dass die Heiz- und/oder Kuhlmittel der den Innenraum der Abschreckkammer begrenzenden Wandung dieser Wandung zumindest wahrend des Abschreckvorgangs für die Halbzeuge wenigstens annähernd die für die Gefugeumwandlung der Halbzeuge vorgesehen Temperatur aufprägen.
Zur besseren Temperaturstabilisierung des den Abschreckvorgang bewirkenden Gases im Innenraum der Abschreckkammer kann die Anlage in einer bevorzugten Ausfuhrungsform weiterhin Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur, insbesondere in der Abschreckkammer, umfassen.
Ein erstes Mittel zur Konstanthaltung der Gastemperatur stellt selbstverständlich die den Innenraum der Abschreckkammer begrenzende Wandung dar. Diese kann sowohl aufgrund ihrer Masse als auch durch die ihr aufgeprägte Temperatur bereits eine erste Temperaturstabilisierung bewirken. Weiterhin kann durch eine gute Warmeleiteigenschaft, über welche sie den beim Ab- schreckprozess durch die hoch erhitzten Halbzeuge verursachten Warmeeintrag vom Innenraum der Abschreckkammer nach außen hin ableitet, eine zusatzliche Temperaturstabilisierung erreicht werden .
In einer nächsten Ausfuhrungsform kann ein solches Mittel zur Konstanthaltung der Gastemperatur im Innenraum der Abschreckkammer ein Fluid sein, mit welchem die den Innenraum der Abschreckkammer begrenzende Wandung temperiert wird. Als War- mefluid oder auch Warmeaustausch-Fluid kann z.B. ein Warmetra- ger-01 verwendet werden.
Eine Erhöhung dieser Wirkung kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass das Warmeaustausch-Fluid umgewalzt wird, beispielsweise mit Hilfe einer Pumpe.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist als ein weiteres Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur beispielsweise ein den Innenraum der Abschreckkammer durchströmender Gasstrom vorge- sehen. Dieser sorgt ebenfalls für eine rasche Abfuhr des Wärmeeintrags aus dem Innenraum der Abschreckkammer, und für zusätzliche Kühlung der abzuschreckenden Halbzeuge durch nachströmendes, entsprechend temperiertes Gas.
In vorteilhafter Weise kann dieses Gas selbst wiederum in seiner Temperatur durch ein Wärmetausch-Fluid beeinflusst werden. Besonders bevorzugt kann dabei auch dieser Gasstrom auf die für den Abschreckprozess vorgesehene und der Innenwandung der Abschreckkammer aufgeprägte Temperatur eingestellt werden. Ggf. kann somit mit einem Wärmetausch-Fluid, und damit mit einer Temperaturregelung sowohl die Wandung der Abschreckkammer als auch die Temperatur des Gasstroms temperiert werden.
Für eine weitere, bedeutende Verbesserung der Temperaturstabilisierung kann die Anlage in einer besonders bevorzugten Ausführungsform weiterhin eine Kühleinheit umfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Regenerator handeln, welcher gegenüber der vorgesehenen Abschrecktemperatur mit einem Energiegehalt abgekühlt wird, der in etwa dem Energiegehalt entspricht, welcher durch eine abzuschreckende Charge von Halbzeugen in die Abschreckkammer eingebracht wird. Um möglichst rasch den von den hoch erhitzten Halbzeugen in die Abschreckkammer eingetragenen Energiegehalt dem Gasstrom wieder entziehen zu können, kann die Kühleinheit vorzugsweise e- benfalls dem die Abschreckkammer durchströmenden Gasstrom ausgesetzt angeordnet sein.
Um einen möglichst stabilen Abschreckprozess zu erreichen, kann die Kühleinheit eine derartige Wärme-Speichermasse aufweisen und/oder aus einem derartigen Material bestehen, dass, während des Abschreckvorgangs, ein Temperaturausgleich der vergleichsweise tiefer temperierten Kühleinheit mit der Temperatur des die Abschreckkammer durchströmenden Gases in etwa in der gleichen Zeit erfolgt, wie der Temperaturausgleich zwischen dem in der Abschreckkammer abzuschreckenden, höher temperierten Halbzeug und eben diesem Gas. Insbesondere wird es dabei als vorteilhaft angesehen, wenn auch die Oberfläche der Kühleinheit derart ausgebildet ist, dass sie den eben be- schriebenen, vorzugsweise annähernd gleich raschen Temperaturausgleich für die Charge der abzuschreckenden Halbzeuge und die Kühleinheit unterstützt.
Vorzugsweise eignen sich hierzu großflächige Oberflächen dickwandiger, ggf. zusätzliche Kühlrippen und/oder -Körper aufweisende Rohrbündel aus gut leitendem Material, wie z.B. Kupfer.
Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 und 2 : schematische Darstellungen einer Anlage zur trockenen Umwandlung eines Ma- terialgefüges von Halbzeugen,
Figur 3 : ein Diagramm, mit darin aufgetragenen Temperaturverläufen der Außen- und Innentemperatur eines abzuschreckenden Halbzeuges sowie drei nicht erwünschte Gefügebereiche in einem Zeit-/ Temperaturdiagramm, und
Figur 4 ein weiteres Zeit-/ Temperaturdiagramm mit einer beispielhaft dargestellten Bauteiletemperaturkurve, der für die Gefügeumwandlung vorgesehenen Temperaturkurve und einer Temperaturkurve eines Temperaturstabilisierungselementes der Vorrichtung.
Im Detail zeigt nun die Figur 1 einen schematischen Aufbau einer Anlage 1 zur trockenen Umwandlung eines Materials-Gefüges von Halbzeugen mittels einer Abschreckkammer 2. Das Herzstück der doppelwandig ausgebildeten Abschreckkammer 2 bildet deren Innenraum 4, welcher mit einer Charge abzuschreckenden Halbzeugs 7 beladen ist.
Zur Temperatureinstellung des sich im Innenraum 4 der Abschreckkammer 2 befindenden und den Abschreckvorgang des Halbzeugs bewirkenden Gases ist zwischen einer Innenwand 5 und einer Außenwand 6 der doppelwandigen Abschreckkammer 2 als Heiz- und/oder Kühlmittel 3 ein Wärmetausch-Fluid vorgesehen.
Zur besseren Temperaturverteilung bzw. auch zur besseren Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme kann dieses Wärmetausch-Fluid 3 mit einem Fluid-Kreislauf beaufschlagt werden, insbesondere eignet sich dazu eine Pumpe 8 die den Fluid-Kreislauf beispielsweise entsprechend der Pfeilrichtung 9 antreiben kann.
Durch diesen dem Heiz- und/oder Kühlmittel aufgeprägten Kreislauf kann die den Innenraum begrenzende Wandung 5 gleichmäßig temperiert und auf die für die Zwischenstufenvergütung vorgesehene Temperatur eingestellt werden. Damit wird aber auch das im Innenraum 4 befindliche, und den Abschreckvorgang für die Halbzeuge bewirkende Gas auf diese Temperatur eingestellt.
Erfindungsgemäß ist nun die Temperatur der den Innenraum 4 begrenzenden Wandung 5 genau auf diese Zwischenstufenvergütungstemperatur eingestellt, so dass zuverlässig gewährleistet ist, dass in den Innenraum 4 ein einzubringendes, abzuschreckendes Halbzeug zu keiner Zeit unter diese Temperatur abfällt und damit ist auch sichergestellt, dass keine Störungen der Material-Gefügeumwandlung durch Unterschreiten z.B. der Martensit- Starttemperatur möglich ist.
Die Heiz- und/oder Kühlmittel der den Innenraum 4 begrenzenden Wandung 5 sind dabei so ausgelegt, dass sie zumindest während des Abschreckvorgangs für die Halbzeuge die für die Gefügeumwandlung vorgesehene Temperatur zuverlässig aufrecht erhalten.
Um eine Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum 4 der Abschreckkammer gewährleisten zu können, kann die Anlage weiterhin entsprechende Mittel umfassen. Derartige Mittel zur Kon- stanthaltung der Temperatur im Innenraum 4 können z.B. die den Innenraum begrenzende Wandung 5, ein diese Wandung 5 temperierendes Wärmetausch-Fluid 3, ein den Innenraum 4 durchströmender Gasstrom und ein diesen Gasstrom temperierendes Wärmetausch-Fluid sein.
Im vorliegenden Beispiel kann ein solcher Gasstrom dem Innenraum 4 der Abschreckkammer 2 über die Gasleitung 11 mit einem darin angeordneten Gebläse 12 beaufschlagt werden. Die Nummer 13 bezeichnet in diesem Ausführungsbeispiel den für die Konstanthaltung der Gastemperatur vorgesehenen, ebenfalls in diesem Gaskreislauf angeordneten Wärmetauscher. Eine beispielhafte Gasstromrichtung ist durch den Pfeil 14 symbolisiert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das den Gasstrom-Wärmetauscher 13 temperierende Fluid ebenfalls von einer Heiz- und/oder Kühleinheit 15 versorgt werden, die bereits das Wärmetausch-Fluid 3 zur Temperierung der Innenwand 5 der Abschreckkammer 2 bewirkt.
In einer demgegenüber abgewandelten Ausführungsform entsprechend der Figur 2 kann bei ansonsten gleichen Aufbau zusätzlich eine Kühleinheit 16 vorgesehen sein, die die von dem hoch erhitzten Halbzeug in den Innenraum 4 eingebrachte Energie rasch aufnehmen kann. Dadurch kann der den Innenraum 4 der Abschreckkammer 2 durchströmende Gasstrom auch bei einer größeren Masse eingebrachter Halbzeuge im Wesentlichen konstant auf der für die Zwischenstufenvergütung vorgesehene Temperatur gehalten werden. Insbesondere vorteilhaft ist es hierbei, wenn diese Kühleinheit 16 derart in den Gasstrom eingebracht und von diesem umströmt wird, dass ein möglichst rascher Temperaturausgleich durch die Wärmeaufnahme aus dem durch die Charge erhitzten Gasstrom möglich ist.
Der vor dem Abschreckprozess auf eine sogenannte Regenerierungstemperatur herunter gekühlte Kühlkörper 16 kann die von der Charge während des Abschreckprozesses abgegebene Wärme insbesondere dann gut aufnehmen bzw. kompensieren, wenn auch die Oberfläche, die Speichermasse und das Material gut für ei- ne rasche Wärmeaufnahme aus dem Gasstrom ausgebildet sind. Beispielsweise eignen sich hierfür gut Rohrbundel aus entsprechend dickwandigem Kupfer, die sowohl eine rasche Warmeleitung als auch eine gute Warmespeichermasse aufweisen. Zur Vergrößerung der Oberflache können die Rohre sogar noch berippt ausgebildet werden um einen noch rascheren Temperaturausgleich zu bewirken .
Die Kuhleinheit 16 wird vorzugsweise diskontinuierlich betrieben. Damit ist es möglich die Kuhleinheit 16 genau um die E- nergiemenge abzukühlen, die durch die anschließend eingebrachte Charge als Uberschussenergie eingebracht wird und von ihr aufzunehmen ist.
Die Figur 3 zeigt ein Zeit-/ Temperaturdiagramm mit einer Bau- teileinnentemperaturkurve (BT-I) und einer Bauteile- Außentemperaturkurve (BT-A) . Diese beiden Temperaturkurven treffen sich etwa im Bereich von 220 0C, wobei die Bauteilein- nentemperatur (BT-I) derart verlauft, dass sie weder den Per- lit-Bereich P noch den Bereich für kontinuierliches Bainit (kB) durchlauft. Weiterhin ist daraus zu erkennen, dass die Bauteiletemperatur, also die Temperatur der Halbzeuge, zu keiner Zeit unter die Zwischenstufenvergutungstemperatur von 220 0C absinkt.
Der Temperaturbereich um etwa 200 0C stellt den Martensit- Starttemperatur-Bereich (M-ST-T) dar, unterhalb dessen sich wahrend des Abschreckvorgangs das die Ausbildung des gewünschten Bainit-Material-Gefuges zumindest massiv störende, wenn nicht verunmoglichende Martensit-Gefuge im Halbzeug ausbildet. Die Temperaturskala erstreckt sich in diesem Diagramm von 0 bis 900 0C, die Zeitskala von 0 bis 90 Sekunden.
In der Figur 4 sind über die gleichen Temperatur-/ Zeitskalen eine mittlere Bauteiletemperatur (BT) , die Bainitisierungstem- peratur (B) und die Temperatur (RT) der Kuhleinheit, in diesem Fall Regenerator genannt, aufgetragen. Hieraus ist erkennbar, dass ein Ausgleich der Bauteiletemperatur (BT) mit der für die Zwischenstufenvergutung des Halbmaterials vorgesehenen Vergu- tungs-Temperatur, hier Bainitisierungstemperatur, in etwa gleich rasch abläuft, wie der Temperaturausgleich der vorgekühlten Kühleinheit 16, ebenfalls mit dieser Zwischenstufenvergütungstemperatur .
Weiterhin ist dabei erkennbar, dass die Kühleinheit 16 geringfügig rascher die Bainitisierungstemperatur erreicht als die Bauteile, wodurch wiederum sichergestellt ist, dass die Bauteile in keinem Fall unter die Bainitisierungstemperatur abgekühlt werden können.

Claims

Ansprüche
1. Anlage (1) zur trockenen Umwandlung eines Materialgefüges von Halbzeugen, insbesondere zur trockenen Bainitisierung, mit einer Abschreckkammer (2), mit Heiz- und/oder Kühlmittel zur Einstellung der im Innern der Abschreckkammer vorherrschenden Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (5) der Abschreckkammer wenigstens teilweise eine Heiz- und/oder Kühlfläche umfasst.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und/oder Kühlmittel der Innenwandung (5) zumindest während eines Abschreckvorganges für die Halbzeuge wenigstens annähernd die für die Gefügeumwandlung der Halbzeuge vorgesehene Temperatur aufprägen.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum
(4) der Abschreckkammer (2) vorgesehen sind.
4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) ein die den Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) begrenzende Wandung (5) temperierendes Wärmetausch-Fluid ist.
5. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) ein den Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) durchströmender Gasstrom ist.
6. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) ein Wärmetausch- Fluid ist, das den den Innenraum der Abschreckkammer (2) durchströmenden Gasstrom temperiert.
7. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur im Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) eine Kühleinheit (16) ist.
8. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (16) dem die Abschreckkammer (2) durchströmenden Gasstrom ausgesetzt angeordnet ist.
9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (16) eine derartige Wärme- Speichermasse aufweist und/oder aus einem derartigen Material besteht, dass, während des Abschreckvorganges, ein Temperaturausgleich der vergleichsweise tiefer temperierten Kühleinheit (16) mit der Temperatur des die Abschreckkammer durchströmenden Gases in etwa in der gleichen Zeit erfolgt, wie der Temperaturausgleich zwischen dem in der Abschreckkammer (2) abzuschreckenden, höher temperierten Halbzeug (7) und diesem Gas.
10. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kühleinheit (16) derart ausgebildet ist, dass, während des Abschreckvorganges, ein Temperaturausgleich der vergleichsweise tiefer temperierten Kühleinheit (16) mit der Temperatur des die Abschreckkammer durchströmenden Gases in etwa in der gleichen Zeit erfolgt, wie der Temperaturausgleich zwischen dem in der Abschreckkammer abzuschreckenden, höher temperierten Halbzeug (7) und diesem Gas .
11. Verfahren zur trockenen Umwandlung eines Materialgefüges von Halbzeugen, insbesondere zur trockenen Bainitisierung, mittels einer Anlage mit einer Abschreckkammer (2), mit Heiz- und/oder Kühlmittel zur Einstellung der Temperatur in der Abschreckkammer, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) begrenzende Wandung (5) zumindest während eines Abschreckvorganges für die Halbzeuge wenigstens annähernd auf die für die Gefügeumwandlung der Halbzeuge vor- gesehene Temperatur temperiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der den Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) begrenzenden Wandung (5) während des Abschreckvorganges konstant gehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zumindest des überwiegenden Teiles eines die Abschreckkammer während des Abschreckvorganges durchströmenden Gasstromes konstant auf dem Niveau der den Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) begrenzenden Wandung (5) gehalten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Abschreckkammer während des Abschreckvorganges durchströmenden Gasstrom zur Temperaturstabilisierung ein gegenüber der Temperatur der den Innenraum (4) der Abschreckkammer (2) begrenzenden Wandung (5) tiefer temperierter Kühlkörper (16) angeordnet wird.
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