CN117488052A - 用于对部件进行淬火的装置 - Google Patents

Abstract

用于对部件进行淬火的装置。本发明涉及一种轮子形式的部件，其包括：轮毂部分(3)、具有外轮辋边缘(8)和内轮辋边缘(10)的轮辋部分(5)、在轮毂部分(3)和轮辋部分(5)之间延伸的多个周向分布的轮辐(4)，其中，轮辐(4)和轮毂部分(3)相对于轮中心平面(E)朝外轮辋边缘(8)的方向偏移，并且具有面向轮中心平面(E)的内侧(13)和背离轮中心平面(E)的外侧(12)，其中，外轮辋边缘(8)至少在部分区域中具有比内轮辋边缘(10)的至少部分区域中更大的拉伸残余应力。

Description

用于对部件进行淬火的装置

本发明涉及一种轮子形式的部件、以及一种对轮子形式的部件进行淬火的方法和装置。

CN 108642264 A公开了一种用于对具有轮毂、轮辐和行驶面的轮子进行淬火的装置和方法。该装置具有用于冷却轮辐的轮辐冷却喷嘴以及用于冷却轮子的行驶面的多个周向分布的行驶面冷却喷嘴。

DE 1 933 781 A1公开了一种用于对铁路钢轮进行部分回火的方法和装置。其提供了用于行驶面的淬火装置和用于铁路轮子的叶片和轮毂的淬火装置。淬火装置的供应管线中设有快开阀门，其可以通过时间控制开关来相互独立地控制。

US 6 394 793 B1公开了一种用于对圆形发动机部件进行淬火的方法和装置。该装置包括多个同心布置的空气淬火管，其具有多个周向分布的孔，以用于将压缩空气引向发动机部件的各区域来进行冷却。在发动机部件的上方和下方分别设有用于发动机部件的径向内部加厚部分的径向内部淬火管和用于发动机部件的径向外部加厚部分的径向外部淬火管。

DE 34 43 226 C1公开了一种改善由可固化铝合金制成的汽车车轮的轮盘的动态强度的方法。轮盘被喷上冷却剂，该冷却剂首先与中心区域接触，之后与外部区域接触，从而在轮子内部形成径向的温度梯度。轮子的轴线中布置有喷射装置，其用于冷却轮子的内部区域，并且在轮子周围还布置有其他喷射装置，其用于冷却轮子的外部区域。

WO 2005/007917 A2公开了一种用于对轻金属铸件进行淬火的方法，其借助气态淬火介质进行淬火。对于不同壁厚的铸件，在远离淬火介质入口的具有较大壁厚的铸件区域中进行较慢的冷却。在轮子中，轮毂区域的硬度低于轮辋的边缘区域，后者的壁厚更小，并且面向淬火介质的通道。强度分布从强度较低的内轮辐区域到强度较高的外轮辐区域在径向上是连续的。

DE 10 2012 103 884 A1公开了一种用于具有通孔的铸件、特别是内燃机的气缸曲轴箱的铸造方法。在将熔融金属注入铸造模具后，产生了穿过通孔的直通通道，其在铸造模具的外侧打开，铸件在铸造模具中被流经该通道的冷却介质冷却。冷却介质可以是空气或其他气态介质，其中，即使是对于增加最小冷却速率的情况，该公开也描述了使用水蒸气或空气/水蒸气混合物。

DE 102 34 026C1公开了一种低压铸造模具，其用于生产具有横向咬边的圆形铸件，特别是汽车轮辋。

EP 3 162 460 A1公开了一种由低共晶铝铸造合金制成的轻金属铸造部件，其含有3.5-5.0重量百分比的硅和0.2-0.7重量百分比的镁。

本发明的目的在于，提出一种轮子形式的部件，其具有尽可能有利的残余应力分布，从而具有较长的使用寿命。此外，本发明的目的还在于，提出一种相应的用于对轮子形式的部件进行淬火的方法和装置，其能够实现快速的冷却，由此在部件中产生有利的残余应力分布。

为此，本发明提出一种轮子形式的部件，其包括：轮毂部分；轮辋部分，其具有外轮辋边缘和内轮辋边缘，其中，外轮辋边缘与内轮辋边缘之间界定有轮中心平面；以及多个周向分布的轮辐，其在轮毂部分与轮辋部分之间延伸；其中，轮辐和轮毂部分相对于轮中心平面朝外轮辋边缘方向偏移，并且具有面向轮中心平面的内侧和背离轮中心平面的外侧；其中，外轮辋边缘至少在部分区域中具有在圆周方向上作用的拉伸残余应力，该拉伸残余应力大于内轮辋边缘的至少部分区域中在圆周方向上作用的残余应力。

至少一个部分区域是指特别是两个相邻轮辐之间的一个、多个、大部分或全部的圆周部分区域。外轮辋边缘的拉伸残余应力可以在同一和/或另一个圆周部分区域中大于内轮辋边缘的残余应力。这里考虑的关于内外轮辋边缘的残余应力特别是指圆周方向上的残余应力，其中应理解在径向或轴向上可能出现进一步的残余应力。外轮辋边缘的至少部分区域相较于内轮辋边缘的部分区域在圆周方向上作用的更大的拉伸残余应力例如可以通过在切开轮辋底、内轮辋边缘和外轮辋边缘时裂开的锯隙来检测。切开后，在外轮辋边缘处的锯隙要比在内轮辋边缘处的锯隙裂开得更大。特别是，外轮辋边缘在其整个圆周范围内具有比内轮辋边缘更大的拉伸残余应力。例如，外轮辋边缘中在圆周上出现的拉伸残余应力的平均值可以大于内轮辋边缘中在圆周上出现的残余应力的平均值。替代地或补充地，在至少位于两个轮辐之间的圆周部分区域中，外轮辋边缘的拉伸残余应力可以大于内轮辋边缘的残余应力。外轮辋边缘除了具有受拉伸残余应力影响的圆周部分区域以外，还可以具有无残余应力的圆周部分区域。内轮辋边缘可以具有带拉伸残余应力的圆周部分区域、无残余应力的圆周部分区域和/或带压缩残余应力的圆周部分区域。

外轮辋边缘的部分区域中的拉伸残余应力大于内轮辋边缘的部分区域中的残余应力，这一特征反过来意味着，内轮辋边缘中的残余应力小于外轮辋边缘中的拉伸残余应力。在本公开的范围内，拉伸残余应力可以用正号定义，压缩残余应力可以用负号定义。与外轮辋边缘的拉伸残余应力相比，内轮辋边缘的更小的残余应力可以是更小的拉伸残余应力或压缩残余应力，其中残余应力为零也是可能的。

至少在部分区段中，轮辐可以具有压缩残余应力，其特别是出现在径向方向上。特别是，轮辐在外侧边缘层中可以比在内侧边缘层中具有更大的压缩残余应力。由于轮辐在外侧区域中比在内侧区域中具有更大的压缩残余应力，因此轮子整体上只有轻微的变形。此外，在轮辐的外侧区域中实现了特别好的机械性能，这整体上使得轮子的使用寿命变长。在本公开的范围内，术语残余应力包括在没有外力作用于其上且处于热平衡状态时部件中普遍存在的机械应力。残余应力可以在部件的制造过程中、例如在热处理过程中产生，也可以通过机械处理或热处理的方式有意地产生。当前，残余应力指的是轮子的非负载状态。

轮子可以被制造成一体式或多件式。轮子或其部件例如可以作为铸件(即通过在铸造工具中对铸造材料进行铸造)、作为锻造件(即通过在锻造模具中对毛坯进行锻造)、或作为铣削件(即通过对毛坯进行铣削)来制造。在制造一体式轮子时，轮辋支架(Felgenstern)和轮辋底是相互整体连接的。合适的材料例如有轻金属合金，其可以包含铝作为主要合金成分。但是，任何其他金属铸造材料或锻造材料都是可能的。轮子包括用于承载轮胎的轮辋部分、轮毂部分和轮辐。轮毂和轮辐也可以统称为轮盘或轮子支架。轮子支架用于将轮子定心地固定在汽车轮毂上。在多件式轮子的情况下，轮子支架和轮辋首先是分开制造的，之后再通过例如力配合、形状配合和/或材料配合等连接方式相互连接。

只要在本公开的范围内描述一个或多个轮辐的特征，就可以理解其同样适用于任何其他轮辐。至少在部分区段中，轮辐外侧所具有的压缩残余应力比内侧的大。本文中，部分区段特别是指轮辐的径向分段，其外部所具有的压缩残余应力相应地比内部的大。根据一个可能的实施方式，轮辐至少在其一半的径向延伸范围内和/或在整个径向延伸范围内在外侧边缘层内可以具有比在内侧边缘层内更大的压缩残余应力。此时，处于压缩残余应力下的外侧边缘层可以从轮辐的外端面开始延伸大于至少10％、特别是大于至少20％、特别是大于至少30％的轮辐轴向厚度。根据一个实施方式，压缩残余应力也可以通过轮辐的整个厚度延伸到内侧，其从外侧向内侧递减。替代地，轮子在内侧边缘层中可以施加有拉伸残余应力。这种拉伸残余应力可以从轮辐的内表面开始存在至例如轮辐轴向厚度的至多30％的深度。

根据一个可能的实施方式，在轮子的非负载状态下，在轮辋部分和轮毂部分之间使轮辐整体上加载有压力。这意味着，从轮辋径向向外作用于轮辐上的力是径向向内的，而从轮毂径向向内作用于轮辐上的力是径向向外的。总体而言，轮辐因此受到径向压力负载，而轮辋则加载有圆周方向上的拉力。这样的负载状况例如可以通过自由切割法来确定。此时，相邻两根轮辐之间的轮辋底被轴向切开。当轮辐受到压力负载或轮辋部分受到拉力负载时，轮辋底的自由切开端会裂开。除非另有说明，本公开中的径向、轴向和圆周方向基于轮子的轴线而言。

轮辋部分的外轮辋边缘比内轮辋边缘具有更大的拉伸残余应力。例如，内轮辋边缘的拉伸残余应力可以比外轮辋边缘的小10％以上。当通过轮辋的纵向截面进行观察时，拉伸残余应力可以从外轮辋边缘通过轮辋底到内轮辋边缘逐渐减小。由于轮辋部分在其整个轴向长度上受到拉伸残余应力，外轮辋边缘的拉伸残余应力大于内轮辋边缘，因此在自由切割法之后产生了一个轻微的V形缝隙。

上述问题的解决方案进一步包括一种对部件进行淬火的方法，该部件为轮子形式，具有轮毂部分、轮辋部分以及多个周向分布的轮辐，这些轮辐在轮毂部分与轮辋部分之间延伸，其中，轮辋部分具有外轮辋边缘和内轮辋边缘，其之间界定有轮辋中心平面，其中，轮辐和轮毂部分相对于轮辋中心平面朝外轮辋边缘的方向偏移，并且具有面向轮辋中心平面的内侧和背离轮辋中心平面的外侧，该方法的淬火顺序如下：在轮毂部分的淬火之前对轮辐进行淬火。这种淬火顺序使得外轮辋边缘在圆周方向上获得比内轮辋边缘更大的拉伸残余应力。轮辐的淬火特别是指轮毂部分和轮辋部分之间的径向区域。可以对轮辐的外侧和/或内侧进行淬火。对于轮毂部分也是如此。

上述淬火方法的一个优点在于，由此生产的部件变形特别小，强度高，使用寿命长。在这方面，该方法的优点和根据该方法制造的部件的优点相互交融。在这种情况下，可以理解与产品有关的所有特征和优点也适用于方法，反之亦然。

在本公开的范围内，只要提到部件的不同区域的淬火顺序，其应特别指淬火的起始时间。换言之，后续区域的淬火可以与前一区域在时间上错开和/或在时间上部分重叠的情况下进行。在时间上错开的情况下，下一个区域的淬火在前一个区域的淬火完成后才开始。在时间上重叠的实施方式中，第一区域的淬火在时间上先于第二区域的淬火开始，而随后两个区域在时间上重叠地进一步淬火，直至达到各自的理想目标温度。

轮辐和/或内轮辋边缘可以首先进行淬火。内轮辋边缘的淬火可以先于轮毂部分和/或轮辋底的淬火开始。轮毂部分可以先于轮辋底进行淬火。这些实施方式单独或结合起来，有助于在内轮辋边缘区域中产生在圆周方向上作用的拉伸残余应力。可以对轮毂部分的内部和外部进行淬火，其中，轮毂部分内侧的淬火可以先于、同时或晚于轮毂部分外侧的淬火开始。可以同时或以微小的时间偏移对轮毂部分的外侧和内轮辋边缘的区域进行淬火。轮辋底的淬火可以在轮辐、外轮辋边缘和/或轮辋部分内侧的淬火之后开始。

各个区域的淬火优选用可分开控制的冷却或淬火单元进行，其中多个单元可以分布在圆周上。例如，可以用至少四个、五个、特别是至少七个或甚至九个以上的可分开控制的淬火单元来进行淬火。淬火过程中，轮子可以保持静止或旋转，以便在圆周上实现特别均匀的冷却或淬火行为。

用于淬火的介质优选使用蒸气或液体-气体混合物，特别是可以通过水或通过空气-水混合物来进行淬火。淬火在高压下进行，例如以至少30巴、特别是至少80巴或甚至超过100巴的喷嘴压力进行。淬火可以在高冷却速率下进行，例如至少75K/s、特别是至少90K/s或甚至超过100K/s。在淬火之前，可以对该部件进行固溶退火。可以进行淬火，例如直到约达到老化温度。特别是，可以对该部件进行淬火，直到温度低于1.1倍并且高于0.9倍的老化温度。例如，老化温度可以在150℃-200℃之间。老化后，可以将轮子冷却到室温，特别是通过水来进行冷却。

上述问题进一步通过一种用于对部件进行淬火的装置得到解决，该部件为轮子形式，具有轮毂部分、轮辋部分和在轮毂部分和轮辋部分之间延伸的多个周向分布的轮辐，其中，轮辐和轮毂部分具有外侧和内侧，其中，该装置包括：至少一个用于对轮毂部分进行淬火的冷却单元；至少一个用于对轮辐进行淬火的冷却单元；其中，这些冷却单元被配置成分别向轮子喷射冷却介质；以及被配置成在时间上彼此独立地控制冷却单元的控制单元。

冷却单元的控制顺序可以根据需要产生的应力分布来进行调整，例如与上述方法相关联。上述淬火装置的一个优点在于，用其进行淬火的部件变形特别小，使用寿命长。在这方面，装置、方法的优点以及根据该方法或该装置生产的部件的优点相互交融。在这种情况下，可以理解与产品和方法有关的所有特征和优点也同样适用于装置，反之亦然。

更具体而言，可以提供至少一个用于对轮辐外侧进行淬火的冷却单元、至少一个用于对轮辐内侧进行淬火的冷却单元、至少一个用于对轮毂外侧进行淬火的冷却单元和/或至少一个用于对轮毂内侧进行淬火的冷却单元。可以提供额外的冷却单元，特别是至少一个用于对内轮辋边缘进行淬火的冷却单元、用于对轮辋的内周表面进行淬火的冷却单元和/或用于对外轮辋边缘进行淬火的冷却单元。用于对内轮辋边缘进行淬火的冷却单元可以包括多个子单元，特别是用于对内轮辋边缘的外侧进行淬火的单元和/或用于对内轮辋边缘的内侧进行淬火的单元。

淬火装置可以具有第一装置部件，其上布置有冷却单元的第一子集，并且具有一个或多个可相对于第一装置部件移动的第二装置部件，其上布置有冷却单元的第二或额外子集。例如，所有用于冷却轮子外侧的冷却单元可以与一个装置部件相关联，而所有用于冷却轮子内侧的冷却单元可以布置在另一个装置部件上。两个装置部件可以相对移动，即一个相对于另一个，或反之亦然，或两者都是。两个装置部件可以形成壳体，使得在封闭状态下，轮子被容纳在如此形成的空腔中。承载轮子的装置部件可以具有用于转动轮子的转动单元。

下面将参照附图对优选的实施方式进行说明。附图中：

图1根据本发明的轮子从外部观察时的斜视透视图；

图2图1所示的轮子的轴向视图；

图3基于图2的III-III线段的轮子；

图4基于图2的IV-IV线段的轮子；

图5图1所示的轮子的径向视图，在内外轮辋边缘上具有所绘制的残余应力；

图6轮辐外侧边缘层中的残余应力分布示意图；

图7轮子，其中在轮辐和轮辋部分的区域内具有所绘制的残余应力；

图8图1所示的轮子的径向视图，其中轮辋底被切开；

图9根据本发明的轮子的一个改进的实施方式的半纵向截面示意图，其中在轮辐的外侧和内侧边缘层中具有所绘制的残余应力分布；

图10图9所示的轮子的径向视图，其中轮辋底被切开；

图11根据本发明的用于对轮子进行淬火的装置的纵向截面示意图；

图12根据本发明的淬火期间的时间-温度图；以及

图13非根据本发明的淬火期间的时间-温度图。

下面统一进行描述的图1-10示出了根据本发明的轮子2形式的部件。

轮子2具有轮毂部分3、与之相邻的周向分布的轮辐4和轮辋部分5。轮毂部分3用于将轮子2定心并固定在汽车轮毂上。为此，轮毂部分3具有中央的中心孔6和周向分布的多个通孔7，其也统称为孔圈，相应的紧固件可以在其中插通。根据一个替代性实施方式，取代孔圈，轮毂也可以只具有用于定心并同时固定的中心孔。轮辋部分4，也简称为轮辋，是用来承载轮胎的。轮辋4包括外轮辋边缘8、轮辋底9和内轮辋边缘10。轮子2具有轴A，在组装状态下可以围绕其旋转。

特别是从图3中可以看出，轮毂部分3和轮辐4，也统称为轮子支架，相对于位于两个轮辋边缘8、9之间的轮中心平面E偏移。轮子2具有外侧12(在轮子组装状态下可以看到)，还具有内侧13(在组装状态下面向车辆)。

图4示出了通过成品部件的轮辐4的半纵向截面。图5示出了轮辋2的径向视图，其中在外轮辋边缘8中示意性地绘制有残余应力S8，并且在内轮辋边缘10中示意性地绘制有残余应力。图6示出了轮辐4的外侧12的边缘层中的残余应力分布，其中，图6所示的外轮廓K1代表具有生产余量的原始部件，而内轮廓K2代表完成部件的轮廓。本文描述的所有特征既可以指原始部件，例如原始铸件或原始锻造件，也可以指完成加工后的部件。

特别是从图5中可以看出，轮子2的外轮辋边缘8和内轮辋边缘10至少在部分区域中分别具有在圆周方向上作用于纵轴A的拉伸残余应力，其以小箭头S8、S10示意性地示出。可以理解，外轮辋边缘8的拉伸残余应力S8大于内轮辋边缘10的拉伸残余应力S10。可以理解，外轮辋边缘8可以仅在圆周部分区域具有拉伸残余应力，而在其他区域可以没有残余应力，和/或内轮辋边缘10可以至少在圆周部分区域中不具有残余应力或负载有压缩残余应力。此时，外轮辋边缘8的拉伸残余应力至少在圆周部分区域中大于内轮辋边缘10所存在的残余应力。

从图6中还可以看出，轮辐4在外侧12的至少一个边缘层14中具有径向的压缩残余应力，其由小箭头S14表示。可以理解，外侧12的边缘层14中的压缩残余应力大于内侧13的边缘层15中的压缩残余应力。这可能涉及到各个轮辐4的径向延伸范围的部分区段或轮辐的整个径向延伸范围。压缩残余应力有可能在轮辐4的径向延伸范围内变化。在非负载状态下，轮辐4的整个外侧12的边缘层14优选经受压缩残余应力或没有拉伸残余应力。

在本实施方式中，不仅轮辐4的部分区域受到压缩残余应力的作用，而且整个轮辐本身也都负载有压力。换而言之，作为一个理论假想模型，轮辐被夹在轮毂部分3与轮辋锁圈5之间，即从轮毂部分2径向向外的力作用于轮辐4的内端，而从轮辋锁圈5径向向内的力作用于轮辐4的外端。至少对于外侧12的边缘层是如此。在内侧13的边缘层中，压缩残余应力比外侧12的边缘层低，其中这里也可能存在拉伸残余应力。总之，轮辐4至少在外侧12的区域中受到径向压力负载，而轮辋5则在圆周方向上负载有拉力。图7示出了这些负载状况，其中轮辐4中的压力负载由相互指向的箭头F4表示，轮辋5中的拉力负载由相互背离的虚线箭头F5表示。

这样的负载状况例如可以通过自由切割法来确定。此时，在圆周方向上相邻的两根轮辐4之间的轮辋底9被轴向切开。当轮辋部分5在圆周方向上受到拉力负载，或者轮辐4受到压力负载时，轮辋部分5的自由切开端会裂开。图8示出了轮子2的径向视图，其中轮辋部分5被切开。由自由切开的轮辋区段17、18的裂开所产生的缝隙16清晰可见。缝隙16从内轮辋边缘10沿轴向开到外轮辋边缘8。这意味着，外轮辋边缘8上的拉伸残余应力S8比内轮辋边缘8的残余应力10(压缩或拉伸残余应力)更大，或在切开之前更大。

图9和10所示为根据本发明的用于轮子2的部件的一个改进的实施方式。其与根据图1-8的实施方式最大程度相对应，在这方面引用对这些实施方式的描述。同样的细节用与上述附图相同的参考符号进行标注。

与上述实施方式相同，图9和图10所示的轮子2在轮辐4的外侧14的边缘层中存在压缩残余应力S14。相反，轮辐4在内侧13的边缘层15中受到拉伸残余应力S15的作用。轮子2在轮辐4的轴向延伸范围L内具有可变的残余应力分布，其从外侧12的边缘层14开始到内侧13的边缘层15为止从压缩残余应力S14变为拉伸残余应力S15。轮辐4内为无残余应力的过渡层，其中应力从压缩残余应力变为拉伸残余应力。在该实施方式中，作为一种理论假想模型，轮辐4被夹在轮毂部分3和轮辋锁圈5之间的外边缘层14中。因此，在轮子2的轴向外侧12，径向向外的力从轮毂部分3作用在轮辐4的径向内端，而径向向内的力从轮辋锁圈5作用在轮辐4的径向外端。相反，内侧13的边缘层15中存在有拉伸残余应力S15，即在轮辋支架的轴向内侧，径向向内的力从轮毂部分3作用在轮辐4的径向内端，而径向向外的力从轮辋锁圈5作用在轮辐4的外端。总之，轮辐在外侧14的区域内受到径向压力负载，并且在内侧13的区域内受到径向拉力负载。因此，轮辋部分5在外轮辋边缘8区域内在圆周方向上负载有拉力，而在内轮辋边缘10区域内在圆周方向上负载有压力。

在具有上述残余应力的这个实施方式中，在两个轮辐4之间的圆周区域内自由切开轮辋底5，使得轮辋底的自由切开端17、18在外轮辋边缘8的轴向区段中裂开，而它们在内轮辋边缘10的轴向区域中彼此被拉近。总之，该实施方式导致缝隙16从外轮辋边缘8向内轮辋边缘10逐渐缩小，如图10所示，其中，此处缝隙的开口角比上述实施方式中更大。

对于上述两个实施方式，用于轮子的材料例如可以是轻金属，例如铝或铝合金或镁或镁合金，但是不限于此。例如，铸造铝合金可以具有至少93.0重量百分比的铝、3.5-5.0重量百分比的硅、0.2-0.7重量百分比的镁、以及可任选的高达1.5重量百分比的额外的合金元素。

在例如通过铸造、锻造或铣削将原始部件生产出来后，对其进行热处理，特别是进行固溶退火。热处理后，对部件进行淬火，其中在固溶退火后并在淬火前，还可以对部件2进行预冷却。实施淬火特别是为了在部件中产生期望的残余应力分布。

图11示出了根据本发明的装置20，其用于对轮子2形式的部件进行淬火。可以看出，装置20具有多个冷却单元21、22、23、24、25，其用于对轮子2进行淬火。在本实施方式中，存在至少一个冷却单元21、25用于对轮毂3进行淬火；存在至少一个冷却单元22用于对轮辐4进行淬火；存在至少一个冷却单元23用于对轮辋5的外侧12进行淬火；以及存在至少一个冷却单元24用于对内轮辋边缘10进行淬火。此外，可以存在至少一个冷却单元用于对外轮辋边缘8进行淬火和/或至少一个冷却单元用于对轮辋5的内侧13进行淬火(未图示)。

冷却单元21、22、23、24、25分别被配置成向轮子喷射冷却介质。可以通过控制单元(未图示)分别对其进行冷却开始和持续时间的控制，必要时还可以控制影响淬火效果的至少一个其他参数，例如冷却介质的温度或压力。使用的冷却介质例如为蒸汽或液体-气体混合物，特别是水或水-空气混合物。冷却单元21、22、23、24、25包括相应的喷嘴，喷雾通过这些喷嘴以高压喷射到部件2上。因此，淬火可以在至少30巴、特别是至少80巴的高喷嘴压力下进行。装置20可以实现至少75K/s、特别是至少90K/s或甚至超过100K/s的高冷却速率。

可以看出，淬火装置20具有第一装置部件31，作用于轮子2的内侧13的冷却单元24、25布置于第一装置部件31处，并且还具有第二装置部件32，对轮子2的外侧12起到冷却作用的冷却单元21、22、23布置于第二装置部件32处。第二装置部件32(也可以称为上部)可以相对于第一装置部件31(也可以称为下部)进行轴向移动，如右侧的箭头P所示。两个装置部件31、32呈壳体形状。轮子2被放置在第一装置部件31的支撑元件33上，随后上装置部件32朝轮子2的方向降低，直到达到所希望的距离。最后，淬火过程开始。下装置部件31可以具有旋转单元，用于在淬火时驱动轮子2旋转。

例如，可以按照以下顺序控制用于对轮子2进行淬火的冷却单元：用于冷却轮辐4的外侧12的冷却单元22在轮毂部分3的冷却单元21之前，之后是用于冷却轮毂部分2的内侧13的冷却单元22，之后是用于冷却轮辋底9或轮毂部分3的内侧13的冷却单元25，之后是用于冷却轮辋底9的外侧12的冷却单元23。用于冷却内轮辋边缘10的冷却单元24可以与轮辐4的外侧12的冷却单元同时、在轮毂部分2的冷却单元21、25之前和/或在轮辋底的冷却单元23之前激活。

各个冷却单元的冷却或淬火按上述顺序开始，但是之后可以与各个冷却单元在时间上至少部分重叠，而且在每种情况下，直到在待冷却的轮子区域中达到期望的目标温度。可以进行淬火，例如直到达到老化温度。老化后，可以将轮子冷却到室温，特别是通过水来进行冷却。

图12所示为根据本发明从固溶退火后的初始温度Ts到室温T的淬火过程中的时间-温度图。x轴为时间，y轴为温度T。绘制了四条曲线，第一条是外侧12的孔圈3的区域内的温度T312，第二条是内侧13的孔圈3的区域内的温度T313，第三条是轮辐4的温度T4，第四条是内轮辋边缘10的温度T10。可以看出，这四条曲线彼此相邻，基本上彼此间隔的距离相等，这意味着在任何时候轮子2中出现的最大温差都特别小。这导致轮子2中较低的残余应力以及有利的残余应力分布，这反过来又促进了较长的使用寿命。

与此相比，图13所示为在水浴中进行的传统淬火过程的时间-温度图，即非根据本发明的淬火过程。绘制了六条曲线，即第一条为外侧孔圈的区域内的温度T312‘，第二条为内侧孔圈的区域内的温度T313‘，第三条为轮辐中的温度T4‘，第四条为内轮辋边缘的温度T10‘，第五条为外轮辋边缘的温度T8‘，第六条为轮辋底的温度T9‘。可以看出，六条曲线的下降时间不同，这意味着不同区域的冷却开始时间不同。此外，从起始温度Ts(约为固溶退火温度)开始，随着时间的增加，温度曲线明显偏离。这两个事实导致轮子2中的最大温差ΔTmax‘特别高，从而导致轮子2中的高残余应力。

附图标记列表

2 轮子

3 轮毂部分

4 轮辐

5 轮辋部分

6 中心孔

7 通孔

8 外轮辋边缘

9 轮辋底

10 内轮辋边缘

12 外侧

13 内侧

14 边缘层

15 边缘层

16 缝隙

17 自由切开端

18 自由切开端

20 装置

21-25 冷却单元

31 装置部件

32 装置部件

33 支撑元件

A 轴

E 平面

K 轮廓

L 延伸范围

P 箭头

S 残余应力

T 温度

t 时间

Claims (12)

1.一种用于对轮子形式的部件进行淬火的装置，所述部件具有轮毂部分(3)、轮辋部分(5)、以及在所述轮毂部分(3)与所述轮辋部分(5)之间延伸的多个周向分布的轮辐(4)，其中，所述轮辐(4)和所述轮毂部分(3)具有外侧(12)和内侧(13)，所述装置包括：

至少一个冷却单元(21)，其用于对所述轮毂部分(3)的外侧(12)进行淬火；

至少一个冷却单元(25)，其用于对所述轮毂部分(3)的内侧(13)进行淬火；

至少一个冷却单元(22)，其用于对所述轮辐(4)的外侧(12)进行淬火；

至少一个冷却单元(23)，其用于对所述轮辋部分(5)进行淬火；

其中，所述冷却单元(21、22、23、25)分别被配置成向所述轮子上喷射冷却介质；

控制单元，其配置成在时间上相互独立地控制所述冷却单元(21、22、23、25)。

2.如权利要求1所述的装置，其进一步包括：

至少一个冷却单元(24)，其用于对内轮辋边缘(10)进行淬火，该冷却单元可以单独控制。

3.如权利要求1或2所述的装置，

其中，冷却单元(21、22、23、25)分别包含喷嘴，冷却介质通过喷嘴喷射到轮子上，其中，冷却单元以至少30巴的高压将冷却介质喷射到轮子上。

4.如权利要求3所述的装置，

其中，冷却单元(21、22、23、25)以至少80巴的高压将冷却介质喷射到轮子上。

5.如权利要求3所述的装置，

其中，冷却单元(21、22、23、25)将冷却介质喷射到轮子上以实现至少75K/s的冷却速率。

6.如权利要求3所述的装置，

其中，冷却单元(21、22、23、25)将蒸汽或液体-气体混合物、特别是水或水-空气混合物形式的冷却介质喷射到轮子上。

7.如权利要求1或2所述的装置，其进一步包括：

第一装置部件(31)，其上布置有第一子集的冷却单元(24、25)；以及第二装置部件(32)，其可相对于第一装置部件(31)移动，其中，第二子集的冷却单元(21、22、23)布置在第二装置部件(32)上。

8.如权利要求7所述的装置，

其中，

第一装置部件(31)和第二装置部件(32)呈类似壳体形状，在第一装置部件(31)和第二装置部件(32)封闭状态下，其形成空腔，轮子可以容纳在其中。

9.如权利要求8所述的装置，

其中，第一装置部件(31)包含用于固持轮子的支撑元件(33)，以及

其中，第二装置部件(32)能够相对于第一装置部件(31)轴向移动。

10.如权利要求8所述的装置，

其中，第一装置部件(31)包含用于旋转轮子的旋转单元。

11.如权利要求8所述的装置，

其中，第一装置部件(31)形成下部第一壳体部件，以及

第二装置部件(32)形成上部第二壳体部件，

其中，在封闭状态下，上部第二壳体部件与下部第一壳体部件轴向重叠。

12.如权利要求11所述的装置，

其中，下部第一壳体部件固持轮子，使得轮子的外侧(12)指向上方且轮子的内侧(13)指向下方，

其中，上部第二壳体部件包含上壁部分，该上壁部分处设有用于对轮毂部分(3)的外侧(12)进行淬火的至少一个冷却单元(21)和用于对轮辐(4)的外侧(12)进行淬火的至少一个冷却单元(22)；侧壁部分，该侧壁部分处设有用于对轮辋部分(5)进行淬火的至少一个冷却单元(23)。