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EP1154024B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke Download PDF

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Publication number
EP1154024B1
EP1154024B1 EP00108203A EP00108203A EP1154024B1 EP 1154024 B1 EP1154024 B1 EP 1154024B1 EP 00108203 A EP00108203 A EP 00108203A EP 00108203 A EP00108203 A EP 00108203A EP 1154024 B1 EP1154024 B1 EP 1154024B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpieces
quenching
guide ducts
flow
workpiece stacks
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00108203A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1154024A1 (de
Inventor
Wolfgang Peter
Jan-Willem Bouwman
Bernd Dr. Edenhofer
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.)
Ipsen International GmbH
Original Assignee
Ipsen International GmbH
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 Ipsen International GmbH filed Critical Ipsen International GmbH
Priority to EP00108203A priority Critical patent/EP1154024B1/de
Priority to AT00108203T priority patent/ATE262598T1/de
Priority to ES00108203T priority patent/ES2215513T3/es
Priority to DE50005790T priority patent/DE50005790D1/de
Priority to US09/651,797 priority patent/US7255829B1/en
Publication of EP1154024A1 publication Critical patent/EP1154024A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1154024B1 publication Critical patent/EP1154024B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C21D1/62—Quenching devices
    • 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
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for heat treatment metallic workpieces or from several one above the other in the vertical direction arranged metal workpieces formed workpiece stack with a Cross section of the workpieces or the workpiece stack projecting. Longitudinal extent.
  • the result of the heat treatment is one Change in the material structure, for example a conversion of the cubic face-centered ⁇ -lattice of carbon-rich austenite lamellas in the cubic body-centered ⁇ -lattice of ferrite lamellas.
  • the treatment results are The speed at which the heated workpieces are cooled and the type of the quenching agent used for this. Find as a deterrent - after order of increasing ruggedness - primarily gas, oil or water application.
  • a method as well as a treatment device for cooling high heated metal components with different mass distribution is above it also known from WO 00/18972.
  • One is provided for this purpose Cooling chamber into which the metal component is to be introduced for cooling.
  • the entire cooling chamber is then flooded with cooling gas, as a result of which Cooling of the metal component can be achieved.
  • those areas of the cooled Metal component which have a particularly high mass distribution, from separately enclosures to be arranged.
  • These housings will be as well as the cooling chamber charged with a cooling gas as a result of which it to intensify cooling of the areas surrounded by the enclosures of the component in contrast to those areas of the component that do not pass through a housing to be arranged separately is coming.
  • This method is particularly to be used for Cooling of gas turbine blades, for the purpose of uniform cooling both the foot area and the head area of the gas turbine blade in each case is surrounded by a separate enclosure.
  • baffles In order to control the gas flow more systematically, it is admittedly in the state of the art known to provide baffles with which, for example, also the Allow workpiece surface to be pressurized with quenching gas, otherwise in a flow shadow; Such a measure is satisfactory though not. Because in addition to the comparatively high effort, the baffles align according to the respective workpiece geometry, prevent the Baffles not that when the gas flow hits the workpieces Turbulence occurs, which is about the cooling of a batch affect neighboring workpieces and thus cause distortion.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for the heat treatment of metallic workpieces, with which a low-warpage gas quenching can be achieved even with workpieces of climbing or stacking shape.
  • the above object is the method, solved by a method for heat treatment of metal workpieces or of a plurality formed in the height direction superposed metallic workpieces workpiece stacks having a cross-section of the workpieces or the workpiece stacks superior longitudinal extension, in which, after a previous heating of the workpieces or the workpiece stacks in a quenching chamber are cooled with a quenching gas, the workpieces or the stack of workpieces in each case by means of trained guide channels which have a closed lateral surface and completely enclose the workpieces or the stack of workpieces along the flow direction of the quenching gas, with quenching gas in a flow parallel in the direction of the longitudinal extent of the Workpieces or stack of workpieces are flowed around, the quenching gas by means of a flow to the quenching chamber connected flow channel is guided in a closed flow circuit.
  • Such a procedure adopts the knowledge that a low distortion cooling of the workpieces can then be achieved with quenching gas, if the individual or stacked workpieces are one batch to be cooled are separated from one another by guide channels. Because in this way a gas flow results in the guide channels flows around the entire workpiece surface parallel to the workpiece axis and Uniform cooling, unaffected by neighboring workpieces causes.
  • the guide channels in the quenching chamber can be attached to the individual or stacked and previously heated workpieces be arranged to obstruct the heating of the workpieces excluded. It is particularly advantageous here that the guide channels in the Quenching chamber, for example electromotive, hydraulic or pneumatic, from one or two sides, preferably from above and / or below to approach the workpieces, so that even with limited space the Quenching chamber a handling appropriate operation is ensured.
  • an apparatus for heat treatment of metal workpieces or of several superimposed in height direction arranged metallic workpieces formed workpiece stacks having a cross-section of the workpieces or the workpiece stacks superior longitudinal extension with a quenching chamber, in which the workpieces or the workpiece stacks with a Quenching gas can be cooled, and a flow channel connected to the quenching chamber in terms of flow to form a closed flow circuit for the quenching gas, guide channels, which have a closed outer surface and the workpieces or the workpiece stacks along the flow direction, are provided for targeted flow around the workpieces or workpiece stacks with quenching gas completely enclose the quenching gas to form a flow in the longitudinal direction of the workpieces or workpiece stack eat.
  • the guide channels have a length the at least the height of the individual or stacked on top of each other Workpieces. Because in this way the impact of the Gas flow on the workpieces inevitable swirling of the Quench gas channeled, so that an impairment of the flow neighboring workpieces is omitted. As particularly advantageous in this regard has been found to measure the length of the guide channels so that the Height of the individual or stacked workpieces around the half the diameter or width of the workpieces is exceeded.
  • the shape of the guide channels cylindrical preferably with a circular, square or polygonal cross section, or to the geometry of the Workpieces to be cooled adapted to make a simple and inexpensive production and on the other hand by a narrow distance conditional between the inner surface of the guide channels and the workpieces high gas velocity to ensure intense deterrence.
  • Guide channels to connect to each other to form a channel system joint placement of the guide channels on the individual or in stacks arranged workpieces results.
  • the guide channels adjustable preferably by electric motor, hydraulically or pneumatically, are arranged in the quenching chamber, for example in the form of a lowerable on the workpieces from above Canal system.
  • the guide channels are advantageously interchangeable, to ensure adaptation to different workpiece geometries.
  • the Quenching chamber has an inlet for the quenching gas, which seals the guide channels.
  • This has the advantage that the Quench chamber supplied gas flow only in the guide channels and not past the workpiece batch or between the individual Guide channels flows. In addition, this becomes too Flow volume reduced to a minimum, with the result that a high Maintain gas velocity and thus a high quenching intensity is achieved.
  • the guide channels consist of one heat-resistant material, preferably steel, iron or nickel alloys, exist, for example, before the heat treatment of the To put workpieces on them.
  • the quenching chamber 10 shown in FIGS. 1 and 2 is part of a device for the heat treatment of metallic workpieces 20 and for example at the end a roller hearth furnace.
  • the quenching chamber 10 can be such be designed so that they both with vacuum and with atmospheric or Overpressure can be operated.
  • In the quenching chamber 10 there is an after workpieces 20 carrying grate 11 to be cooled prior to heating, which is a vertical circulation of a quench gas in the quench chamber 10 allows.
  • a motor 12 is used to circulate the quenching gas driven fan 13 arranged below the grate 11. Except for Quenching chamber 10 becomes the quenching gas in the direction indicated by an arrow in FIG. 1 and 2 shown flow direction passed through a gas channel 14.
  • upper and below the quenching chamber 10 there are also flaps 15 which prevent circulation of the quenching gas until the fan 13 its has reached the necessary number of revolutions.
  • Guide channels 30 provided from a heat-resistant material, the one Have closed outer surface and the workpieces 20 along the Enclose the flow direction of the quench gas.
  • the guide channels 30 can through a coherent, grid-like channel system 31 be formed, in which the guide channels 30 are connected to each other, such as is shown in particular in FIGS. 3 and 3a.
  • the Guide channels 30 also as individual hollow cylinders 32, 33 with, for example circular or square cross section. such Embodiments can be seen in FIGS. 4 and 4a.
  • the length of the Guide channels 30 is dimensioned so that the height of the individual or to stack superimposed workpieces 20 is exceeded by the distance a, such as 3 and 4 can be seen.
  • the distance a corresponds to half Diameter or width of the workpieces 20.
  • the guide channels 30 can either be inserted into the workpiece 20 Quenching chamber 10 can be placed on the workpieces 20, for example already when assembling the batch, or only in the quenching chamber 10. The latter is illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the as a coherent Channel system 31 formed guide channels 30 are in this case Hydraulic cylinders 34 arranged vertically adjustable in the quenching chamber 10, as indicated by the double arrow in FIGS. 1 and 2. In this way it is possible after the workpieces 20 have been introduced into the quenching chamber 10 to place the channel system 31 on the workpieces 20 from above. Around Taking into account batches with different geometry of the workpieces 20, the channel system 31 is interchangeable on the hydraulic cylinders 34 attached.
  • inlet 35 In the upper part of the quenching chamber 10 there is also an inlet 35 provided that the channel system 31 relative to the interior of the Quench chamber 10 seals, so that in quench chamber 10 circulating quench gas flows exclusively through the guide channels 30 and does not flow outside of the workpiece batch.
  • the device described above is particularly suitable Workpieces 20 with a climbing or towering shape, such as Shafts or stacked bearing rings, effective and free from distortion deter.
  • the reason for this is that caused by the guide channels 30 high speed and laminar flow of quench gas.
  • Through the height-adjustable arrangement of the channel system 31 is also a handling and process-oriented process management ensured.
  • the Possibility to provide differently designed guide channels 30, and the Mainly interchangeable arrangement of the channel system 31 for this purpose an adaptation to different workpiece shapes and sizes achieved without that complex retrofitting work would be necessary.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke oder aus mehreren in Höhenrichtung übereinander angeordneten metallischen Werkstücken gebildeter Werkstückstapel mit einer den Querschnitt der Werkstücke oder der Werkstückstapel überragenden. Längserstreckung.
Zum Erzeugen von definierten Werkstückeigenschaften, wie etwa einer hohen Härte oder ausreichender Verschleißfestigkeit, werden metallische Werkstücke einer Wärmebehandlung unterzogen. Das Ergebnis der Wärmebehandlung ist eine Veränderung des Werkstoffgefüges, beispielsweise eine Umwandlung des kubisch flächenzentrierten γ-Gitters kohlenstoffreicher Austenitlamellen in das kubisch raumzentrierte α-Gitter von Ferritlamellen. Von besonderem Einfluss auf das Behandlungsergebnis sind neben der Temperatur und dem Ausgangsgefüge die Geschwindigkeit, mit der die erwärmten Werkstücke abgekühlt werden, und die Art des hierzu verwendeten Abschreckmittels. Als Abschreckmittel finden - nach steigender Schroffheit geordnet - in erster Linie Gas, Öl oder Wasser Anwendung.
Um bei einer Gasabschreckung eine annähernd gleiche Abschreckintensität wie bei der Öl- oder Wasserabschreckung zu erreichen, ist eine verhältnismäßig hohe Gasgeschwindigkeit erforderlich. Hierzu ist es bekannt, Düsen vorzusehen, mit denen sich entsprechend hohe Gasgeschwindigkeiten und damit im Allgemeinen ausreichende Wärmeübergangszahlen von mehr als 1000 W/m2K erzielen lassen. Eine mit Düsen versehene Vorrichtung zum Abschrecken metallischer Werkstücke ist zum Beispiel in der EP 0 796 920 A1 oder der DE-U-94 00 222.3 offenbart.
Diese ein Düsenfeld aus einer mit Düsen versehenen, auswechselbaren Düsenplatte aufweisende Vorrichtung ermöglicht durch eine dreh- bzw. schwenkbare Anordnung von Düsenplatte und/oder einem die Werkstücke tragenden Rost zwar eine Relativbewegung von Düsenfeld und Werkstücken und damit eine verhältnismäßig einheitliche Beaufschlagung der Letzteren, hat aber den Nachteil, dass der Gasstrom diffus und turbulent auf die Werkstücke trifft. Dies führt dazu, dass die Oberfläche der Werkstücke ungleich abgekühlt wird, wodurch Spannungen auftreten, die Verzug oder gar Risse zur Folge haben können. Vor allem bei Werkstücken von rankender Form, wie etwa Wellen, oder solchen, die beim Zusammenstellen einer Charge aufragend gestapelt werden, wie beispielsweise Wälzlagerringe oder Zahnräder, macht sich ein Verzug in besonderem Maße bemerkbar und führt aufgrund der meist geringen Toleranzen derartiger Werkstücke nicht selten zu einem in wirtschaftlicher Hinsicht unbefriedigenden Ausschuss.
Ein Verfahren sowie eine Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von hoch erwärmten Metallbauteilen mit unterschiedlicher Massenverteilung ist darüber hinaus aus der WO 00/18972 bekannt. Vorgesehen ist zu diesem Zweck eine Kühlkammer, in die das Metallbauteil zwecks Abkühlung einzubringen ist. Die gesamte Kühlkammer wird sodann mit Kühlgas geflutet, infolge dessen eine Abkühlung des Metallbauteils erreicht werden kann. Um eine gleichmäßige Abkühlung von Bauteilen mit ungleichmäßiger Massenverteilung erreichen zu können, ist vorgesehen, daß diejenigen Bereiche des abzukühlenden Metallbauteils, die eine besonders hohe Massenverteilung aufweisen, von separat anzuordnenden Einhäusungen umgeben werden. Diese Einhäusungen werden ebenso wie die Abkühlkammer mit einem Abkühlgas beschickt, infolge dessen es zu einer verstärkten Abkühlung der von den Einhäusungen umgebenden Bereiche des Bauteils im Unterschied zu denjenigen Bereichen des Bauteils, die nicht durch eine separat anzuordnende Einhäusung umgeben sind, kommt. Erreicht wird hierdurch trotz unterschiedlicher Massenverteilung eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Bauteils. Anzuwenden ist dieses Verfahren insbesondere zur Abkühlung von Gasturbinenschaufeln, wobei zwecks gleichmäßiger Abkühlung sowohl der Fußbereich als auch der Kopfbereich der Gasturbinenschaufel jeweils von einer separat anzuordnenden Einhäusung umgeben wird.
Um den Gasstrom systematischer zu lenken, ist es im Stand der Technik freilich bekannt, Leitbleche vorzusehen, mit denen sich beispielsweise auch Stellen der Werkstückoberfläche mit Abschreckgas beaufschlagen lassen, die ansonsten in einem Strömungsschatten lägen; befriedigend ist eine solche Maßnahme allerdings nicht. Denn neben dem vergleichsweise hohen Aufwand, die Leitbleche entsprechend der jeweiligen Werkstückgeometrie auszurichten, verhindern die Leitbleche nicht, dass beim Auftreffen des Gasstroms auf die Werkstücke Verwirbelungen auftreten, welche etwa die Abkühlung der in einer Charge benachbarten Werkstücke beeinträchtigen und damit Verzug hervorrufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke zu schaffen, mit denen sich auch bei Werkstücken von rankender oder aufragend stapelbarer Form eine verzugsarme Gasabschreckung erzielen lässt.
Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe verfahrensseitig gelöst durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken oder aus mehreren in Höhenrichtung übereinander angeordneten metallischen Werkstücken gebildeten Werkstückstapeln mit einer den Querschnitt der Werkstücke oder der Werkstückstapel überragenden Längserstreckung, bei dem nach einer vorherigen Erwärmung die Werkstücke oder die Werkstückstapel in einer Abschreckkammer mit einem Abschreckgas abgekühlt werden, wobei die Werkstücke oder die Werkstückstapel jeweils mittels ausgebildeter Führungskanäle, die eine geschlossene Mantelfläche aufweisen und die Werkstücke oder die Werkstückstapel entlang der Strömungsrichtung des Abschreckgases vollständig umschließen, gezielt mit Abschreckgas in einer Strömung parallel in Richtung der Längserstreckung der Werkstücke oder Werkstückstapel umströmt werden, wobei das Abschreckgas mittels eines an die Abschreckkammer strömungstechnisch angeschlossenen Strömungskanals in einem geschlossenen Strömungskreislauf geführt wird.
Ein solches Verfahren macht sich die Erkenntnis zu Eigen, dass sich eine verzugsarme Abkühlung der Werkstücke mit Abschreckgas dann erreichen lässt, wenn die einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke einer abzukühlenden Charge durch Führungskanäle voneinander separiert werden. Denn auf diese Weise ergibt sich in den Führungskanälen ein Gasstrom, der parallel zur Werkstückachse die gesamte Werkstückoberfläche umströmt und unbeeinflusst von benachbarten Werkstücken eine gleichmäßige Abkühlung bewirkt.
Zweckmäßig ist es, wenn die Führungskanäle vor dem Erwärmen über die einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke gestülpt werden. Auf diese Weise werden die Führungskanäle zusammen mit den Werkstücken der Wärmebehandlung unterzogen. Wenngleich eine solche Maßnahme Führungskanäle aus einem geeigneten hitzebeständigen Material erfordert, bietet dies den Vorteil, dass die Führungskanäle bei noch kalten Werkstücken auf diese gestülpt und in herkömmliche Abschreckkammem eingesetzt oder die Werkstücke schon im Wärmebehandlungsofen abgeschreckt werden können.
Alternativ können die Führungskanäle in der Abschreckkammer an den einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten und zuvor erwärmten Werkstücken angeordnet werden, um eine Behinderung beim Erwärmen der Werkstücke auszuschließen. Besonderes vorteilhaft hierbei ist es, die Führungskanäle in der Abschreckkammer, beispielsweise elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch, von einer oder zwei Seiten her, vorzugsweise von oben und/oder unten, an die Werkstücke heranzufahren, so dass auch bei begrenztem Raum der Abschreckkammer ein handhabungsgerechter Betrieb sichergestellt ist.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird außerdem vorgeschlagen eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke oder aus mehreren in Höhenrichtung übereinander angeordneten metallischen Werkstücken gebildeten Werkstückstapeln mit einer den Querschnitt der Werkstücke oder der Werkstückstapel überragenden Längserstreckung, mit einer Abschreckkammer, in der die Werkstücke oder die Werkstückstapel mit einem Abschreckgas abkühlbar sind, sowie einem an die Abschreckkamer strömungstechnisch angeschlossenen Strömungskanal zur Ausbildung eines geschlossenen Strömungskreislaufs für das Abschreckgas, wobei zum gezielten Umströmen der Werkstücke oder Werkstückstapel mit Abschreckgas jeweils Führungskanäle vorgesehen sind, die eine geschlossene Mantelfläche aufweisen und die Werkstücke oder die Werkstückstapel entlang der Strömungsrichtung des Abschreckgases zur Ausbildung einer Strömung in Längsrichtung der Werkstücke oder Werkstückstapel vollständig umschließen.
Mit einer solchermaßen ausgebildeten Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Aufgrund der geschlossenen Mantelfläche der Führungskanäle sind die Werkstücke entlang der Strömungsrichtung des Abschreckgases vollständig umschlossen und von den ihnen benachbarten Werkstücken der abzukühlenden Charge getrennt. Dies hat zur Folge, dass in den Führungskanälen ein weitgehend laminarer, von benachbarten Werkstücken unbeeinflusster Gasstrom entsteht, der die Werkstücke intensiv und gleichmäßig abkühlt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Führungskanäle eine Länge aufweisen, die wenigstens der Höhe der einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke entspricht. Denn auf diese Weise wird die beim Aufprallen des Gasstroms auf die Werkstücke unvermeidlich auftretende Verwirbelung des Abschreckgases kanalisiert, so dass eine Beeinträchtigung der Umströmung benachbarter Werkstücke unterbleibt. Als in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Länge der Führungskanäle so zu bemessen, dass die Höhe der einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke um den halben Durchmesser beziehungsweise Breite der Werkstücke überragt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Form der Führungskanäle zylindrisch, vorzugsweise mit kreisförmigem, quadratischem oder polygonalem Querschnitt, oder an die Geometrie der abzukühlenden Werkstücke angepasst, um einerseits eine einfache und kostengünstige Fertigung und andererseits eine durch einen engen Abstand zwischen der Innenfläche der Führungskanäle und den Werkstücken bedingte hohe Gasgeschwindigkeit eine intensive Abschreckung zu gewährleisten.
Im Hinblick auf eine einfache Handhabung ist es außerdem zweckmäßig, die Führungskanäle zu einem Kanalsystem miteinander zu verbinden, so dass sich ein gemeinsames Aufsetzen der Führungskanäle auf die einzelnen oder zu Stapeln angeordneten Werkstücken ergibt. Dies kommt vornehmlich dann zum Tragen, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Führungskanäle verstellbar, vorzugsweise elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch, in der Abschreckkammer angeordnet sind, beispielsweise in Form eines von oben auf die Werkstücke absenkbaren Kanalsystems. Vorteilhafterweise sind dabei die Führungskanäle auswechselbar, um eine Anpassung an unterschiedliche Werkstückgeometrien sicherzustellen.
In Weiterbildung der Erfindung wird femer vorgeschlagen, dass die Abschreckkammer einen Einlass für das Abschreckgas aufweist, der dichtend an den Führungskanälen anliegt. Dies bietet den Vorteil, dass der der Abschreckkammer zugeführte Gasstrom ausschließlich in die Führungskanäle und nicht an der Werkstückcharge vorbei oder zwischen den einzelnen Führungskanälen strömt. Darüber hinaus wird auf diese Weise das zu durchströmende Volumen auf ein Minimum reduziert mit der Folge, dass eine hohe Gasgeschwindigkeit aufrechterhalten und damit eine hohe Abschreckintensität erzielt wird. Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Führungskanäle aus einem hitzebeständigen Material, vorzugsweise Stahl, Eisen- oder Nickellegierungen, bestehen, um sie beispielsweise bereits vor der Wärmebehandlung der Werkstücke diesen überstülpen zu können.
Einzelheiten und weitere Vorteile des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. In den zugehörigen Zeichnungen veranschaulichen im Einzelnen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Abschreckkammer bei einem hochgefahrenen Kanalsystem;
Fig. 2
eine schematische Darstellung der Abschreckkammer gemäß Fig. 1 bei auf Werkstücke abgesenktem Kanalsystem;
Fig. 3
eine schematische Seitenansicht des aus miteinander verbundenen Führungskanälen bestehenden Kanalsystems gemäß Fig. 2;
Fig. 3a
eine schematische Draufsicht des Kanalsystems gemäß Fig. 3;
Fig.4
eine schematische Seitenansicht einzelner, auf die Werkstücke aufgesetzter Führungskanäle und
Fig. 4a
eine schematische Draufsicht der Führungskanäle gemäß Fig. 4.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Abschreckkammer 10 ist Teil einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke 20 und beispielsweise am Ende eines Rollenherdofens angeordnet. Die Abschreckkammer 10 kann derart ausgebildet sein, dass sie sowohl mit Vakuum als auch mit Atmosphären- oder Überdruck betreibbar ist. In der Abschreckkammer 10 befindet sich ein die nach einer vorherigen Erwärmung abzukühlenden Werkstücke 20 tragender Rost 11, der eine vertikale Umwälzung eines Abschreckgases in der Abschreckkammer 10 ermöglicht. Zum Umwälzen des Abschreckgases ist ein durch einen Motor 12 angetriebener Ventilator 13 unterhalb des Rosts 11 angeordnet. Außerhalb der Abschreckkammer 10 wird das Abschreckgas in der durch einen Pfeil in den Fig. 1 und 2 dargestellten Strömungsrichtung durch einen Gaskanal 14 geleitet. Ober- und unterhalb der Abschreckkammer 10 sind femer Klappen 15 vorgesehen, die eine Umwälzung des Abschreckgases verhindern, bis der Ventilator 13 seine notwendige Umdrehungszahl erreicht hat.
Bei geöffneten Klappen 15 ergibt sich demnach ein Kreislauf, in dem das Abschreckgas vom Ventilator 13 durch den Gaskanal 14 in die Abschreckkammer 10 und über die Werkstücke 20 und einen in Strömungsrichtung vor dem Ventilator 13 angeordneten Wärmetauscher 16, der das Abschreckgas wieder abkühlt, zurück zum Ventilator 13 strömt.
Um eine gezielte Umströmung der Werkstücke 20 zu erreichen, sind Führungskanäle 30 aus einem hitzebeständigen Material vorgesehen, die eine geschlossene Mantelfläche aufweisen und die Werkstücke 20 entlang der Strömungsrichtung des Abschreckgases umschließen. Die Führungskanäle 30 können dabei durch ein zusammenhängendes, gitterartiges Kanalsystem 31 gebildet sein, bei dem die Führungskanäle 30 miteinander verbunden sind, wie insbesondere in den Fig. 3 und 3a gezeigt ist. Alternativ können die Führungskanäle 30 auch als einzelne Hohlzylinder 32, 33 mit beispielsweise kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt ausgebildet sein. Derartige Ausführungsformen sind in den Fig. 4 und 4a zu erkennen. Die Länge der Führungskanäle 30 ist so bemessen, dass die Höhe der einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke 20 um den Abstand a überragt wird, wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist. Der Abstand a entspricht dabei dem halben Durchmesser beziehungsweise Breite der Werkstücke 20.
Die Führungskanäle 30 können entweder vor Einbringen der Werkstücke 20 in die Abschreckkammer 10 auf die Werkstücke 20 gesetzt werden, beispielsweise schon beim Zusammenstellen der Charge, oder erst in der Abschreckkammer 10. Letzteres ist in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht. Die als zusammenhängendes Kanalsystem 31 ausgebildeten Führungskanäle 30 sind in diesem Fall mittels Hydraulikzylindern 34 höhenverstellbar in der Abschreckkammer 10 angeordnet, wie dies durch den Doppelpfeil in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Auf diese Weise ist es möglich, nach dem Einbringen der Werkstücke 20 in die Abschreckkammer 10 das Kanalsystem 31 von oben auf die Werkstücke 20 aufzusetzen. Um Chargen mit unterschiedlicher Geometrie der Werkstücke 20 Rechnung zu tragen, ist das Kanalsystem 31 dabei auswechselbar an den Hydraulikzylindern 34 befestigt. Im oberen Teil der Abschreckkammer 10 ist zudem ein Einlass 35 vorgesehen, der das Kanalsystem 31 gegenüber dem Innenraum der Abschreckkammer 10 abdichtet, so dass das in der Abschreckkammer 10 zirkulierende Abschreckgas ausschließlich die Führungskanäle 30 durchströmt und nicht außerhalb der Werkstückcharge vorbeifließt.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung ist in besonderem Maße geeignet, Werkstücke 20 mit einer rankenden oder aufragend stapelbaren Form, wie etwa Wellen oder aufeinander gestapelte Lagerringe, wirksam und verzugsfrei abzuschrecken. Ursächlich hierfür ist die durch die Führungskanäle 30 bewirkte hohe Geschwindigkeit und laminare Strömung des Abschreckgases. Durch die höhenverstellbare Anordnung des Kanalsystems 31 ist zudem eine handhabungs- und prozessgerechte Verfahrensführung sichergestellt. Nicht zuletzt wird durch die Möglichkeit, unterschiedlich ausgebildete Führungskanäle 30 vorzusehen, und die hauptsächlich zu diesem Zweck auswechselbare Anordnung des Kanalsystems 31 eine Anpassung an verschiedene Werkstückformen und -größen erreicht, ohne dass aufwendige Umrüstarbeiten notwendig wären.
Bezugszeichenliste
10
Abschreckkammer
11
Rost
12
Motor
13
Ventilator
14
Gaskanal
15
Klappe
16
Wärmetauscher
20
Werkstück
30
Führungskanal
31
Kanalsystem
32
Hohlzylinder
33
Hohlzylinder
34
Hydraulikzylinder
35
Einlass
a
Abstand

Claims (13)

  1. Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken (20) oder aus mehreren in Höhenrichtung übereinander angeordneten metallischen Werkstücken gebildeten Werkstückstapeln mit einer den Querschnitt der Werkstücke (20) oder der Werkstückstapel überragenden Längserstreckung, bei dem nach einer vorherigen Erwärmung die Werkstücke (20) oder die Werkstückstapel in einer Abschreckkammer (10) mit einem Abschreckgas abgekühlt werden, wobei die Werkstücke (20) oder die Werkstückstapel jeweils mittels ausgebildeter Führungskanäle (30), die eine geschlossene Mantelfläche aufweisen und die Werkstücke (20) oder die Werkstückstapel entlang der Strömungsrichtung des Abschreckgases vollständig umschließen, gezielt mit Abschreckgas in einer Strömung parallel in Richtung der Längserstreckung der Werkstücke (20) oder Werkstückstapel umströmt werden, wobei das Abschreckgas mittels eines an die Abschreckkammer (10) strömungstechnisch angeschlossenen Strömungskanals (14) in einem geschlossenen Strömungskreislauf geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) vor dem Erwärmen über die einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke (20) gestülpt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) in der Abschreckkammer (10) an den einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten und zuvor erwärmten Werkstücken (20) angeordnet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (30) in der Abschreckkammer (10) von einer oder zwei Seiten her, vorzugsweise von oben und/oder unten an die Werkstücke (20) oder Werkstückstapel herangefahren werden.
  5. Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke (20) oder aus mehreren in Höhenrichtung übereinander angeordneten metallischen Werkstücken gebildeten Werkstückstapeln mit einer den Querschnitt der Werkstücke (20) oder der Werkstückstapel überragenden Längserstreckung, mit einer Abschreckkammer (10), in der die Werkstücke (20) oder die Werkstückstapel mit einem Abschreckgas abkühlbar sind, sowie einem an die Abschreckkammer (10) strömungstechnisch angeschlossenen Strömungskanal (14) zur Ausbildung eines geschlossenen Strömungskreislaufs für das Abschreckgas, wobei zum gezielten Umströmen der Werkstücke (20) oder Werkstückstapel mit Abschreckgas jeweils Führungskanäle (30) vorgesehen sind, die eine geschlossene Mantelfläche aufweisen und die Werkstücke (20) oder die Werkstückstapel entlang der Strömungsrichtung des Abschreckgases zur Ausbildung einer Strömung in Längsrichtung der Werkstücke (20) oder Werkstückstapel vollständig umschließen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) eine Länge aufweisen, die wenigstens der Höhe der einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke (20) entspricht.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Führungskanäle (30) die Höhe der einzelnen oder zu Stapeln aufeinander gesetzten Werkstücke (20) um den halben Durchmesser beziehungsweise Breite der Werkstücke (20) überragt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Führungskanäle (30) zylindrisch, vorzugsweise mit kreisförmigem (32), quadratischem (33) oder polygonalem Querschnitt, oder an die Geometrie der abzukühlenden Werkstücke (20) oder Werkstückstapel angepaßt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) zu einem Kanalsystem (31) miteinander verbunden sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) verstellbar, vorzugsweise elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch, in der Abschreckkammer (10) angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) auswechselbar sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckkammer (10) einen Einlass (35) für das Abschreckgas aufweist, der dichtend an den Führungskanälen (30) anliegt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (30) aus einem hitzebeständigen Material, vorzugsweise Stahl, Eisen- oder Nickellegierungen, bestehen.
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