DE4316795A1

DE4316795A1 - Process for the thermal pretreatment of metallic material

Info

Publication number: DE4316795A1
Application number: DE4316795A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl Ing Dr Bittner
Original assignee: Heimsoth Verwaltungen GmbH and Co KG
Current assignee: WAERMETECHNIK HEIMSOTH GMBH & CO KG, 31134 HILDESH
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-11-24
Also published as: EP0632137A1; EP0632137B1; DE59407034D1; ATE171984T1

Abstract

Process for the heat treatment of metallic articles such as steel components which distort easily, by means of a roller furnace and presses (so-called quenches) cooperating with the latter. The articles are raised to a predetermined temperature and cooled in accordance with a predetermined characteristic for the cooling rate. After reaching the predetermined temperature, the articles pass out at very high speed through a rapid discharge region of the roller furnace at an even higher temperature, the press parts exerting on the metallic articles pressures which vary as a function of time during the cooling process.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Gut (z. B. sich leicht verziehenden Stahlteilen wie Blech, Ronden u. dgl.) mittels eines Rollenofens und mit diesem zusammenwirkenden Pressen (sog. Quetten), bei welchem das Gut auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird und zwischen Pressenteilen mit vorbestimmtem Abkühlungsgeschwindigkeitsverlauf abgekühlt wird.The invention relates to a method for Heat treatment of metallic goods (e.g. easy warping steel parts such as sheet metal, blanks and the like Like.) By means of a roller kiln and presses interacting with it (so-called Quetten), in which the good to a predetermined Temperature is brought and between press parts with predetermined cooling rate curve is cooled.

Zur thermischen Behandlung von Stählen, insbesondere auch zum Härten, ist es bislang üblich, daß die Rohlinge auf die Austenitisierungstemperatur gebracht werden. Hierzu werden mehrere Salzbäder eingesetzt, die auf eine feste Temperatur eingestellt werden und die von einem Rohling nacheinander durchlaufen werden.For the thermal treatment of steels, especially for Hardening, it has been common so far that the blanks on the Austenitizing temperature. To do this Several salt baths are used that are at a fixed temperature be set and that of a blank one after the other be run through.

Der auf die gewünschte Temperatur gebrachte Rohling wird abgeschreckt, wozu ein Abschreckmedium erforderlich ist, nämlich neben Luft, Wasser, Salzbäder auch Öl. The blank is brought to the desired temperature quenched, which requires a quenching medium, namely air, water, salt baths and oil.

Das Abschrecken bestimmter Stähle, sogenannter Schnellarbeitsstähle, an Luft ist nicht möglich, weil mit Hilfe der Luft nicht genügend Wärme in ausreichend kurzer Geschwindigkeit dem Rohling entnommen werden kann. Es gibt also eine Reihe von Stählen, bei denen man auf den Einsatz von Salzbädern und Öl zum Abschrecken angewiesen ist. Diese Verfahren sind im Hinblick auf die heutigen Umweltvorstellungen sehr bedenklich, wobei auch zu berücksichtigen ist, daß das Abschrecken in Wasser durch die im Wasser vorhandenen Bestandteile in dieser Hinsicht problematisch ist.The quenching of certain steels, so-called High-speed steel, in air is not possible because with the help not enough heat in the air in a sufficiently short time Speed can be taken from the blank. So there is a series of steels in which the use of Salt baths and oil are instructed to quench. This Procedures are in view of today's environmental beliefs very questionable, it should also be borne in mind that the Quenching in water by those present in the water Components is problematic in this regard.

Es ist auch bekannt, den Abschreckvorgang unter der Einwirkung von Pressen, sogenannten Quetten, durchzuführen. Es handelt sich hierbei um Metallteile, z. B. Zylinderblöcke, wenn es um das Härten von Sägeblatt-Rohlingen geht. Diese Metallteile drücken von beiden Seiten auf den Rohling während des Abkühlvorganges ein. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, die Pressenteile bzw. die Zylinder zu kühlen, sei es mit Wasser oder Öl, um auf diese Art und Weise einen günstigen, raschen Abkühlungsgeschwindigkeitsverlauf zu erzielen.It is also known to be subjected to quenching of presses, so-called Quetten. It deals are metal parts, e.g. B. cylinder blocks when it comes to the hardening of saw blade blanks goes. These metal parts press the blank from both sides during the Cooling process. It is known in this context that To cool press parts or the cylinders, be it with water or oil to get a cheap, quick in this way To achieve cooling rate history.

Bei dem vorangehend geschilderten Wärmebehandlungsvorgang geht es nicht allein um die Härte eines Rohlings, es soll auch ein gleichförmiges Gefüge angestrebt werden, das sich möglichst über den Querschnitt gleichmäßig verteilt, wobei sogenannte Abkohlungszonen in den Rohlingen unerwünscht sind, weil sie bei großflächigen und dünnen Rohlingen dazu führen, daß sich der Rohling später verzieht.In the above-described heat treatment process it's not just about the hardness of a blank, it's supposed to be one too uniform structure should be striven for, if possible evenly distributed over the cross-section, so-called Decarburization zones in the blanks are undesirable because they are large and thin blanks cause the Blank later warped.

Es ist das Bestreben der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem Rohlinge aus Stahl thermisch behandelt werden können, ohne daß hierzu der Einsatz von Öl als Abschreckmedium erforderlich wäre.It is the pursuit of the present invention, a method to create with which steel blanks are thermally treated can be without the use of oil as Quenching medium would be required.

Erreicht wird dies durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche angegebenen Merkmale.This is achieved by the in the characteristic parts of the Features specified claims.

Für die Erfindung wesentlich sind vor allen Dingen zwei Merkmale:Above all, two are essential to the invention Characteristics:

Es geht darum, einen Hochtemperaturbereich vorzusehen, der deutlich höher liegt, als bei denjenigen Temperaturen, bei denen bisherige Wärmebehandlungseinrichtungen arbeiten. In der Technik allgemein besteht das Vorurteil, daß man einen solchen hohen Temperaturbereich im Zusammenhang mit der Wärmebehandlung von Stählen vermeiden sollte, da eine solche Temperatur u. a. Veränderungen des Kohlenstoffgehaltes, Verzünderungen und Verziehen der Rohlinge mit sich bringt. Durch die Erfindung ist jedoch erkannt worden, daß ein solch hoher Temperaturbereich im Hinblick auf die oben aufgeführten Probleme nicht nur unschädlich ist, sondern darüber hinaus auch zu erheblichen Vorteilen führt, nämlich dadurch, daß nunmehr selbst solche Stähle bearbeitet und insbesondere gehärtet werden können, die bislang beim Abschrecken nur unter Öl zu den gewünschten Eigenschaften führten. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß der Bereich besonders hoher Temperaturen mit einer hohen Geschwindigkeit durchlaufen wird, wobei diese Geschwindigkeit den sonstigen Bedingungen, insbesondere der Form und Gestalt den Rohlingen angepaßt ermittelt wird. Die Höhe der Temperatur ist von den gewählten Materialien abhängig, sie ist auch abhängig davon, ob der zu härtende Gegenstand nun bei großen Dimensionen in einer Erstreckung eine geringere Dicke hat oder ob es sich um mehr oder weniger kompakte Rohlinge handelt. The point is to provide a high temperature range that is significantly higher than at those temperatures which previous heat treatment facilities work. In the Technology in general has the prejudice that one is such high temperature range related to heat treatment of steels should avoid, as such a temperature. a. Changes in carbon content, ignitions and Warping the blanks. Through the invention however, it has been recognized that such a high temperature range in the Not only with regard to the problems listed above is harmless, but also significant Advantages, namely, that now Steels can be processed and in particular hardened that So far, when quenching only under oil to the desired ones Properties led. It is essential in this context that the range of particularly high temperatures with a high Speed is passed, this speed the other conditions, in particular the shape and form adapted to the blanks. The amount of temperature depends on the materials chosen, it is also depending on whether the object to be hardened is now large Dimensions in an extension has a smaller thickness or whether it is more or less compact blanks.

Entsprechendes gilt auch für die Temperatur. Die vorgenannten Verfahrensparameter können durch einfache Versuche ermittelt werden, so daß optimale Werte erzielt werden.The same applies to the temperature. The aforementioned Process parameters can be determined by simple tests so that optimal values are achieved.

Es hat sich herausgestellt, daß bei optimal eingestellten Bedingungen der Energieaufwand pro Werkstück geringer ist, als bei bekannten Verfahren, wenngleich dort mit niedrigen Temperaturen gearbeitet wird.It has been found that at optimally set Conditions of energy expenditure per workpiece is less than in known methods, albeit with low ones Temperatures is worked.

Weiterhin ist für die vorliegende Erfindung wesentlich, daß beim Abkühlen die Rohlinge zwischen Pressenteilen angeordnet werden, wobei der Druck der beiden Pressenteile aufeinander bzw. auf den Rohling zeitlich abhängig gesteuert wird. Auf eine Phase hohen Druckes folgt eine Herabsetzung des Druckes, so daß lediglich das Eigengewicht der oberen Presse auf den Rohling einwirkt, und es ist gerade diese Druckabsenkung, die dazu geführt hat, daß die Rohlinge selbst bei ungünstigen Dimensionierungsverhältnissen verzugsfrei behandelt werden können.It is also essential for the present invention that when cooling, the blanks arranged between press parts be, the pressure of the two press parts on each other or is controlled in a time-dependent manner on the blank. On a High pressure phase is followed by a decrease in pressure so that only the dead weight of the upper press on the blank acts, and it is precisely this pressure drop that leads to this has resulted in the blanks even with unfavorable Dimensioning relationships are treated without delay can.

Weiterhin hat sich herausgestellt, daß bei optimal eingestellten Bedingungen (Temperatur und Geschwindigkeit in der Schnellabzugszone und Druckverhältnisse beim Abkühlen) die einzelnen Rohlinge abkohlungsfrei sind, so daß ein besseres Gefügebild entsteht und daraus resultierend überlegene Eigenschaften festgestellt werden konnten.It has also been found that optimal set conditions (temperature and speed in the rapid withdrawal zone and pressure conditions when cooling) individual blanks are decarburization-free, so that a better one Microstructure arises and, as a result, superior Properties could be determined.

Es ist weiterhin wesentlich für die vorliegende Erfindung, daß eine Abkühleinheit und eine Quetten- bzw. Presseneinrichtung fest mit einem Rollenofen verbunden worden sind. Auf diese Art und Weise kann auf die optimale Abkühlung abgestellt werden. Auch hier liegt eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung darin, daß die Eigenschaften des bearbeiteten Rohlings davon abhängig sind, bei welcher Temperatur der Rohling die Schnellabzugszone mit welcher Geschwindigkeit durchlaufen hat.It is also essential to the present invention that a cooling unit and a squeeze or press device have been firmly connected to a roller oven. In this manner and way can be turned to the optimal cooling. Here, too, is an essential finding of the present Invention in that the properties of the machined Blank depend on the temperature at which Blank the rapid withdrawal zone at what speed has gone through

Bei einer Vorrichtung, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet, befindet sich am Ausgang des Rollenofens mindestens eine Quetteneinheit, vorzugsweise zwei, die wechselweise mit den sich auf der entsprechenden Temperatur befindlichen Rohlingen beschickt werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, ausreichend lange Abkühlvorgänge durchzuführen und dennoch an den Durchsatz des Rollenofens angepaßt zu arbeiten.In the case of a device which is operated according to the method according to Invention works, is at the exit of the roller furnace at least one quartet unit, preferably two, the alternately with those at the appropriate temperature blanks can be loaded. This way and Way it is possible to have sufficiently long cooling processes perform and still on the throughput of the roller kiln adapted to work.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch auf Rohlinge aus solchen Stählen angewendet werden, die bislang auch schon an Luft gehärtet werden können. In diesem Zusammenhang zeigt sich ein deutlich geringerer Energieaufwand bei den Paaren gemäß der Erfindung.The method according to the invention can also be based on blanks such steels can be used, which have also been used up to now Air can be hardened. In this context it shows a significantly lower energy expenditure for the couples according to the Invention.

Das Verfahren kann auf Rohlinge mit Dicken bis zu 10 mm angewendet werden und zeigt in diesem Zusammenhang seine Überlegenheit zu bekannten Verfahren, insbesondere beim erforderlichen Energieaufwand.The process can be used on blanks with a thickness of up to 10 mm be applied and shows in this context its Superiority to known methods, especially in required energy expenditure.

Es ist daran gedacht, im Zusammenhang mit der Handhabung der Rohlinge geeignete Maschinen und Roboter einzusetzen, so daß auch hier definierte Zeit- und Temperaturbedingungen eingehalten werden.It is thought of in the context of handling the Use suitable machines and robots so that time and temperature conditions also defined here be respected.

Es zeigt sich, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bei vielen Stählen nur eine ganz geringe Zünderschicht entsteht und daß diese leicht abplatzt. Daher kann im Anschluß an das Verfahren gemäß der Erfindung eine Arbeitsstufe vorgesehen werden, bei welcher mit Hilfe von Druckluft der Zünder von dem Rohling entfernt wird.It turns out that in the method according to the invention many steels only a very small fuse layer is created and that it flakes off easily. Therefore, following that Method according to the invention provided a working stage in which, with the help of compressed air, the igniter from the Blank is removed.

Die gemäß der Erfindung verwendbaren Rollenöfen können auf die gewünschten Bedingungen eingestellt werden, es sind Rollenöfen bekannt, die den Temperaturbereich von 850 bis 1350°C bewältigen.The roller furnaces which can be used according to the invention can be applied to the desired conditions, they are roller ovens known that the temperature range from 850 to 1350 ° C. deal with.

Claims

1. Method for the heat treatment of metallic goods (e.g. easily warped steel parts such as sheet metal, round blanks and the like) by means of a roller furnace and presses (so-called Quetten) which interact with it, in which the goods are brought to a predetermined temperature and is cooled between press parts with a predetermined cooling speed profile, characterized in that after reaching the predetermined temperature the metallic material passes through a rapid removal area of the roller furnace at an even higher temperature and at a very high speed and in that the press parts exert time-dependent pressures on the metallic material during the cooling process .

2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the rapid draw-off area approx. 100 ° C higher than that previously used for steel target hardness temperatures (Austenitizing temperature).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the speed in the rapid draw area in the Order of magnitude of twice the speed in preheating or austenitizing area of the furnace, preferably on the order of 20. . . 40 mm / s.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the press parts work pulsating.

5. The method according to claim 4, characterized in that the press parts are under pressure for approx. 3 seconds, whereupon a period of 3 seconds follows, in which the presses only that Exercise your own weight on the metallic material.