NO169244B - Fremgangsmaate for varmebehandling av metalliske materialstykker. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for varmebehandling av metalliske materialstykker i en vakuumovn ved oppvarming av materialstykkene og etterfølgende bråkjøl-ing i en kjølegass under overtrykk og kjølegassirkulasjon.

For herding av metaliske materialer, spesielt verktøy, oppvarmes disse i en ovn til austenitiseringstemperaturen for materialet og bråkjøles deretter. Avhengig av materialtypen og de ønskede mekaniske egenskapene er for bråkjøling bad av vann, olje eller smeltede salter påkrevet. Deler av hurtigarbeidsstål og andre høylegerte materialer kan også bråkjøles i inertgasser når disse kontinuerlig avkjøles og sirkuleres.

I DE-PS 28 39 807 og DE-PS 28 44 343 beskrives vakuumovner hvori det for bråkjøling føres kjølegasser med høy gasshastighet og med trykk inntil 0,6 MPa (6 bar) over de oppvarmede porsjonene av materialstykkene og deretter over varmeveks-lere. De påkrevde høye kjølegasshastighetene oppnås ved hjelp av dyser eller ventilatorer. Høyere bråkjølingshas-tigheter kan prinsipielt oppnås ved forhøyelse av kjølegass-trykket, ved de i dag anvendte kjølegassene (f.eks. nitrogen, argon) oppnår man imidlertid bare et overtrykk på ca. 0,6 MPa. Anvendelsen av høyere trykk begrenses av motorytelsen som er nødvendig for å sirkulere de komprimerte gassene. Ved anvendelse av nitrogen som kjølegass med overtrykk 0,6 MPa utgjør den nødvendige motorytelsen ved en ventilator allerede over 100 kW. Motorer med høyere effekter er imidlertid meget voluminøse, dyre og normalt ikke egnede for innbygging i en vakuumovn.

På grunn av disse teknisk betingede begrensningene for kjølegassirkulasjonen og kjølegasstrykket har det hittil ikke vært mulig å oppnå høyere bråkjølingsintensiteter med kjølegasser, slik at bråkjølingsfremgangsmåten med kjølegas-ser er begrenset til spesielle materialer.

Oppgaven ved foreliggende oppfinnelse var å utvikle en fremgangsmåte for varmebehandling av metalliske materialer i en vakuumovn ved oppvarming av materialstykket og etterfølg-ende bråkjøling i en kjølegass under overtrykk og kjøle-gassirkulasjon, ved hjelp av hvilken en høyere bråkjølings-intensitet kan oppnås, uten at motorytelsen for kjøle-gassirkulasjonen må forhøyes.

Denne oppgaven løses ifølge oppfinnelsen ved at det som kjølegass anvendes helium, hydrogen, blandinger av helium og hydrogen eller blandinger av helium og/eller hydrogen med inntil 30 volum-# inertgass, at kjølegasstrykket "p" i ovnen ved bråkjølingen innstilles på verdier mellom 1 og 4 MPa, og at kjølegasshastigheten "v" velges på en slik måte at produktet p • v ligger mellom 10 og 250 m • MPa • sec-<*>. ;Fortrinnsvis anvender man som kjølegass helium eller hel iumb land inger med inntil 30 volum-56 hydrogen og/eller inertgasser. ;Det har vist seg gunstig å innstille et kjølegasstrykk mellom 1,4 og 3,0 MPa i ovnen og foreta kjølegassirkulasjonen med en ventilator. ;Kjølegasshastigheten "v" gjelder utløpet fra kjølegassfor-delingsrørene. ;Det har overraskende vist seg at det ved anvendelse av helium og/eller hydrogen hhv. deres blandinger med inntil 30 volum-# inertgass, som f.eks. nitrogen, som kjølegass i tilsvarende ovner, kan innstilles trykk inntil 4 MPa uten at motorytelsen for de anvendte ventilatorene må forhøyes. Derved forsterkes kjølevirkningen av gassene på en slik måte at et vesentlig bredere spektrum av stål kan herdes, også slike ståltyper som man hittil har måttet bråkjøle i et oljebad. Denne høy-trykks-gassbråkjølingen har sammenlignet med flytende bråkjølingsmedier fremgangsmåtetekniske og økonomiske fordeler. Videre er den mer miljøvennlig. ;Ved den praktiske utførelsen av denne fremgangsmåten oppvarmes ståldelene i en for dette formålet vanlig vakuumovn. Herved gjennomstrømmes ovnen fordelaktig med helium-hhv. hydrogengassen allerede ved begynnelsen av oppvarmingen med et trykk på ca. 2 MPa og gassen sirkuleres ved hjelp av en ventilator. Dette har den fordelen at varmeovergangen til ståldelene ikke foregår ved stråling, men derimot ved konveksjon, hvilket medfører en jevn oppvarming av chargen og en betydelig forkortelse av oppvarmingstiden. Over 750°C fjernes gassen fra ovnen og det oppvarmes videre under vakuum. I dette temperaturområdet er strålingsoppvarmingen meget virksom og en beskyttelsesgass for oppvarming av chargen er ikke nødvendig. Etter at austenitiseringstemperaturen, som kan ligge mellom 800 og 1300°C, er oppnådd gjennomstrømmes ovnen for avkjøling av chargen med kald kjølegass med et overtrykk på inntil 4 MPa. Kjølegassen sirkuleres ved hjelp av en ventilator, etter at den har forlatt det indre ovnsrommet avkjøles via en varmeveksler og tilføres på nytt til chargen. Denne sirkulasjonen foregår inntil chargen er avkjølt. Gasshastigheten innstilles ved hjelp av ventilatoren på en slik måte at produktet p • v ligger mellom 10 og 250 m • MPa • sec-<*>.

Følgende eksempel skal belyse fremgangsmtåen ifølge oppfinnelsen nærmere: En konstruksjonsdel med ca. 10 mm diameter av en lavlegert stål 100 Cr6 oppvarmes i en vakuumovn til austenitiseringstemperaturen på ca. 850°C. Etter at denne temperaturen er oppnådd gjennomstrømmes ovnen med helium til et overtrykk på 1,6 MPa, hvorved prøven på 16 sekunder ble avkjølt til 400°C ved en gasshastighet på 65 m sec-<1>, dette tilsvarer avkjølingshastigheten i et oljebad. Det oppnås en marten-sitisk strukturtilstand med en hardhet på 64 HRC. Med de hittil kjente gassbråkjølingsfremgangsmåtene kan stålet 100 6Cr ikke herdes.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for varmebehandling av metalliske materialstykker i en vakuumovn ved oppvarming av materlalstykkene og etterfølgende bråkjøling i en kjølegass under overtrykk og kjølegassirkulasjon, karakterisert ved at det som kjølegass anvendes helium, hydrogen, blandinger av helium og hydrogen eller blandinger av helium og/eller hydrogen med inntil 30 volum-56 inertgass, at kjølegasstrykket "p" i ovnen innstilles på verdier mellom 1 og 4 MPa ved bråkjølingen, og at kjølegasshastigheten "v" velges på en slik måte at produktet p • v ligger mellom 10 og 250 m • MPa • sec-<1>.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som kjølegass anvendes helium eller heliumblandinger med inntil 30 volum-# hydrogen og/eller inertgasser.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det ved bråkjølingen innstilles et kjølegasstrykk i ovnen mellom 1,4 og 3,0 MPa.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 3, karakterisert ved at kjølegassirkulasjonen foregår ved hjelp av en ventilator.