DD211584A5 - Verfahren und vorrichtung zum haerten von werkstuecken in einem fluessigen haertemittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar zum Haerten von Werkstuecken durch Abkuehlen der erhitzten Werkstuecke in einem fluessigen Haertemittel. Waehrend es Ziel der Erfindung ist, ein weiteres, kostenguenstiges Verfahren zum Haerten von Werkstuecken zu finden, besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Haerten von Werkstuecken in einem fluessigen Haertemittel zu schaffen, wodurch Werkstueckverzug und Rissbildung vermieden werden koennen und eine Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens zu entwickeln. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess derart geloest, dass waehrend der Kochphase durch Unterbrechen der Durchstroemung des Abschreckschachtes die Stroemungsgeschwindigkeit des Haertemittels an der Werkstueckoberflaeche wenigstens nahezu auf Null abgesenkt wird und nach dem Uebergang der Kochphase in die Konvektionsphase die Durchstroemung des Abschreckschachtes unter Zwangsumwaelzung des Haertemittels wieder fortgesetzt wird.

Description

Berlin, den 3.2·1934 AP C 21 D/257 182/1 63 173/25/39

Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Werkstücken in einem flüssigen Härtemittel

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Werk*· stücken durch Abkühlen der erhitzten Werkstücke in einem flüssigen Härtemittel, das durch Zwangsumwälzung mittels einer Umwälzeinrichtung einen die Werkstücke aufnehmenden Abschreckschacht einer Härtemittelwanne durchströmt, wobei während der Werkstückabkühlung eine Filmverdampfungsphase mit Verdampfungsfilmbildung auf der Werkstückoberfläche und danach eine Kochphase mit Dampfblasenablösung von der Werkstückoberfläche durchsehritten wird, die unter Martensitbildung an der Werkstückoberfläche in eine Konvektiongphase übergeht· Dia Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Zwangsumwälzung von flüssigem Härtemittel durch einen in einer Härtemittelwanne unterhalb der Oberfläche des Flüssigkeitsbades abgeteilten, meist senkrecht angeordneten Abschreckschacht wird angewendet, um die Kühlwirkung des Härtemittels zxx verbessern und um insbesondere mit einer Ausbildung des Abschreckschachtes und Anordnung der Umwälze inrichtung, wie sie in der DE-OS 3 027 463 beschrieben ist, eine möglichst gleichmäßige Strömungs- und Abkühlbeaufschlagung aller Werkstücke einer in den Aö3chreckschacht

OO O 0 O

-2- 3.2*1984

63 173/25/39

AP G 21 D/257 182/1

eingesetzten Werkstückcharge zu erhalten» Eine grundsätzliche Schwierigkeit bei der Abschreckhärtung besteht darin, einen Verzug der Werkstücke zu vermeiden, der Spannungen in den Werkstücken und Rißbildungen an den Werkstücken hervorruft· Aufgrund der bisher gemachten Erfahrungen, daß ein Werkstückverzug bei zu schnellen Abkühlgeschwindigkeiten infolge hoher Strömungsgeschwindigkeit des Abschreckmittels auftritt, hat man bisher beim Härten mit Zwangsumwälzung des Härtemittels die Strömungsgeschwindigkeit zwangsläufig niedrig gehalten und hat es sich in der Praxis als üblich durchgesetzt» mit Ausnahme der zum Beispiel in der DE-OS 3 037 639 beschriebenen Anwendung einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in der lilmverdampfungsphase durchweg mit einer mäßigen Strömungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von O_t5 bis etwa 1 m/sec zu arbeiten* Die gebräuchlichen Verfahrensweisen haben jedoch insbesondere bei verzugsempfindlichen Werkstücken keine befriedigende Vermeidung eines Werstückverzugs erbrachte

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein weiteres, kostengünstiges Verfahren zum Härten von Werkstücken in einem flüssigen Härtemittel zu finden·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Härten von Werkstücken in einem flüssigen Härtemittel zu schaffen, wodurch Werkstückverzug und Heißbildung vermieden werden können und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln·

-3- 3*2.1984

AP G 21 D/257 182/1 63 173/25/39

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß während der Kochphase durch Unterbrechen der Durchströmung des Abschreckschaehtes die Strömungsgeschwindigkeit des Härtemittels an der Werkstückoberfläche wenigstens nahezu auf lull abgesenkt wird und nach dem Übergang der Kochphase in die Konvektionsphase die Durchströmung des Abschreckschaehtes unter Zwangsumwälzüng des Härtemittels wieder fortgesetzt wird»

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis» daß während des Abkühlens der Werkstücke in den drei eingangs genannten, bei der gebräuchlichen niedrigen Strömungsgeschwindigkeit des Härtemittels nacheinander ablaufenden Phasen der Übergang von der Kochphase zur Konvektionsphase der für ein Entstehen eines Werkstückverzugs kritische Teil des Abkühlvorganges ist· In dem dabei durchschrittenen Temperaturbereich tritt die Martensitbildung auf, die eine Volumenvergrößerung des Materials der Werkstücke mit sich bringt, Durch das Ablösen und Aufsteigen dsr Dampf blasen in der Kochphase, wodurch eine Benetzung der Werkstückoberfläche durch das flüssige Abschreckmittel an den Dampfblasenablösungsstelien eintritt bei gleichseitig sehr hohen Wärmeübergangskoeffizienten in den benetzten Bereichen, besitzt die Werkstückoberfläche keine gleichmäßige Temperatur. Außerdem ist der Temperaturgradient von der Werkstückoberfläche in das Werkstück hinein sehr groß* Daher kommt es beim Übergang zur Konvektionsphase zu einer ungleichmäßigen Martensitbildung und dementsprechend zu einer ungleichmäßigen Volumenvergrößerung, aus der Spannungen resultieren, die den Verzug des Werkstücks mit der Gefahr von Rißbildungen herbeiführen*. 7/ira nun aber erfindungsgemäß in

-4- 3.2·1984

AP C 21 D/257 1.82/1 63 173/25/39

der Kochphase eine Zwangsdurchströmung des Abschreckschachtes mit Härtemittel unterlassen und auch einer natürlichen Auftriebsströmung des im Abschreckschacht von den Werkstücken erhitzten Härtemittels so entgegengewirkt, daß wenigstens nahezu keine Strömungsgeschwindigkeit des Härtemittels an der Werkstückoberfläche stattfindet, wird die Dampfblasenablösung vermindert, so daß der damit zusammenhängende und mit sprunghaft ansteigendem Temperaturgradienten verbundene wechselnde Benutzungsprozeß an der Werkstückoberfläche während der Kochphase stark unterbunden wird· Dadurch verläuft der Temperaturgradient (Verlauf des Temperaturabfalls pro Zeiteinheit und Ort) in der Kochphase flacher und geht er wesentlich stetiger von der Pilmverdampfungsphase zur Konvektionsphase über, so daß sich die Temperatur der Werkstückoberfläche und Qberflächenrandzone während der Martensitbildung vergleichmäßigt mit dem Ergebnis, daß eine ebenso gleichmäßige Volumenvergrößerung eintritt und also spannungs- und voraugsfreie Werkstücke erhalten werden»

Die Absenkung der Strömungsgeschwindigkeit des Härtemittels an der Werkstückoberfläche während der Kochphase, auf Hull oder wenigstens annähernd Null kann in besonders einfacher und vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgendermaßen bewirkt und erreicht werden: Wenn während der IPilmverdampfungsphase eine Zwangsumwälzung des Härtemittels angewendet wird, die zu einer Durchströmung des Abschreckschachtes von oben nach unten führt, wird die Zwangsumwälzung zu Beginn und während der Kochphase nicht völlig stillgesetzt, sondern so weit vermindert, daß am Eintritt des Abschreckachachtes eine von oben nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente erzeugt wird,, die die

-5- 3*2.1984

63 173/25/39

AP C 21 D/257 182/1

natürliche Auftriebsströmung des Härtemittels im Abschreckschacht unterdrückt und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Härtemittels im Abschreckschacht und an der Werkstückoberfläche im wesentlichen Null werden, läßt· Wird in der Pilisverdampfungsphase eine Zwangaumwälzung angewendet, die zu einer Durchströmung des Abschreckschachtes von unten nach oben führt, wird zu Beginn der Kochphase die Strömungsrichtung der Zwangsumwälzung umgekehrt und während der Kochphase auf eine abwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente am Eintritt des Abschreckschachtes eingestellt, die die natürliche Auftriebsströmung des Härtemittels im Abschreckschacht unterdrückt· Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können aber auch andere geeignete Maßnahmen getroffen werden, die während der Kochphase eine Fortsetzung der in der J^ilmverdampfungsphase angewendeten Zwangsumwälzungsströmung wie auch eine natürliche Auftriebsströmung des erhitzten Härtemittels durch den Abschreckschacht verhindern und während der Kochphase die Strömungsgeschwindigkeit des Härtemittels an der Werkstückobsrflache ganz oder wenigstens nahezu zum Stillstand bringen· Sach dem Übergang der Kochphase in die anschließende Konvektionsphase des Abkühlvorgangas kann die Durchströmung des Abschreckschachtes unter Zwangsumwälzong des Härtemittels in beliebiger Strömungsrichtung wieder fortgesetzt werden· Auch können die Strömungsgeschwindigkeiten in der PilmYerdampfungsphaae un in der Konvekticnsphase gegenüber der bisher in der Fraxis gebräuchlichen und angewendeten konstanten Geschwindigkeit erheblich erhöht werden, da die erste und die letzte Phase für das Problem des Werkstückverzugs nicht kritisch sind» Im Ergebnis wird dadurch für das erfindungsgemäße Verfahren trotz der Verlängerung der Abkühlgeschwindigkeit in der Koch-

-6- 3·2·.1984

AP O 21 Β/257 182/1 β3 173/25/39

phase, die duroh die Absenkung der Hartem!ttelströmungageschwindigkeit praktisch auf Hull eintritt, nicht mehr Zeit benötigt als bei den gebräuchlichen» konventionellen Verfahren»

für das erfindungsgeraäße Verfahren kann eine Vorrichtung mit einem windkanalartig ausgebildeten Abschreckschacht angewendet werden» Die für die Durchführung des erfindungagemäßen Verfahrens besonders vorteilhafte Weiterbildung dieser Vorrichtung besteht darin, daß der in Porm eines Windkanal-s mit Einlauf düse und Konstant strecke ausgeführte Abschreckschacht an beiden Enden eine Einlaufdüse für eine mittels der Umwälzeinrichtung umkehrbare Durchströmungsrichtung der Zwangsumwälzung aufweist»

Auaführungsbeiapiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in einem Auaführungsbeispiel näher erläutert werden» Die zugehörige Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in sehematischer Darstellung»

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Härtemittelwanne 1, die ein Härtemittelbad 2 enthält, einem vertikal im Härtemittelbad angeordneten Abschreckachacht 3, der die beispielsweise auf einen einsetzbaren Rost 4 aufgelegten Werkstücke aufnimmt, und einer Umwälzeinrichtung 5 für die Erzeugung einer Zwangsumwälzung des Härtemittels in der Härtemittelwanne 1 und durch den Abschreckschacht 3· Zur Förderung der Zwangsumwälzungsströmung iat der Abschreckschacht 3 unterhalb der Badoberfläche und in einem geeigneten Abstand vom Wannenboden an die Seiten-

-» ο - -> ο

-7- 3·2·1984

AP G 21 Β/257 182/1 63 173/25/39

wände der Härtemittelwanne 1 durch eine horizontale Trenn« wand 6 angeschlossen, die eine Öffnung enthält, in der die Umwälzeinrichtung 5 liegt» Der Abschreckschacht 3 ist sowohl am oberen als auch am unteren Ende mit einer Einlaufdüse 7 ausgebildet, zwischen denen der Abschreckschacht 3 eine Konstantstrecke 8 mit gleichbleibendem Querschnitt enthält» Die Ausbildung des Abschreckschachtes 3 an beiden Enden mit einer Einlaufdüse -hat den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit unterschiedlichen Strömungsrichtungen, beispielsweise mit Aufwärtsströmung im Abschreckschacht für eine auf einem Kost liegende Werkstückcharge oder mit Abwärtsströmung im Abschreckschacht für hängend in den Abschreckschacht eingesetzte langgestreckte Werkstücke, sowie auch mit wechselnden Strömungsrichtungen während des Abkphlvorganges durchgeführt werden kann« Dadurch wird es beispielsweise möglich, mit der durch Ei ηlaufdüse und Konstantstrecke bezweckten günstigen Strömungsverteilung im Abschreckschacht und Werkstückbeaufschlagung durch das abkühlende Härtemittel in der 3?ilmverdampf ungsphase und in der Konvektionsphase entgegengesetzte Strömungsrichtungen anzuwenden, wenn dies für den Abkühlvorgang bestimmter Werkstücke vorteilhafter ist und zu bevorzugen wäre»

Claims (4)

-8- 3·2.1984 AP G 21 D/257 182/1 63 173/25/39 Erf indungaanapr ach

1» Verfahren zum Härten von Werkstücken durch Abkühlen der erhitzten Werkstücke in einem flüssigem Härtemittel, das durch Zwangsumwälzung mittels einer Umwälzeinrichtung einen die Werkstücke aufnehmenden Abschreckschacht einer Härtemittelwanne durchströmt ^ wobei während der ferkstückabkühlung eine Filmverdampfungsphase mit VerdampfungsfUmbildung auf"der Werkstückoberfläche und danach eine Kochphase mit Dampfblasenablösung von der Werkstückoberfläche durchschritten wird» die unter Martensitbildung an der Werkstückoberfläche in eine Konventionsphase übergeht» gekennzeichnet dadurch, daß während der Kochphase durch Unterbrechen der Durchatrömung des Abschreckschachtes die Strömungsgeschwindigkeit des Märte«* mittels an der Werkstückoberfläche wenigstens nahezu auf Hull abgesenkt wird und nach dem Übergang der Kochphase in die Konvektionsphase die Durchströmung des Abachreckschachtes unter Zwangaumwälzung des Härtemittels wieder fortgesetzt wird»

2· Verfahren nach Punkt 1» gekennzeichnet dadurch, daß die in der ffilmverdampfungsphase angewendete, eine Durehströmung des Abachreckschachtea von oben nach unten bewirkende Zwangsumwälzung des Härtemittels während der Kochphase bis auf eine die natürliche Auftriebeströmung des Härtemittels im Abschreckschacht unterdrückende Qeachwindigkeitskomponente vermindert wird·

-9- 3.2*1984

AP C 21 D/257 182/1 63 173/25/39

3· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in der Pilmverdampfungsphase angewendete, eine Durchströmung des Abschreckschachtes von unten nach oben bewirkende Zwangsumwälzung des Härtemittels bei Beginn der Kochphase in der Strömungsrichtung umgekehrt wird und während der Kochphase auf eine die natürliche Auftriebsströmung des Härtemittels im Abschreckschacht unterdrückende Geschwindigkeitskomponente eingestellt wird·

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, insbesondere nach Punkt 3, mit einer Härtemittelwanne, einer steuerbaren Umwälzeinrichtung für eine Zwangsumwälzung des flüssigen Härtemittels und einem vertikal im Härtemittelbad angeordneten Abschreckschacht, gekennzeichnet dadurch, daß der in Form eines Windkanals mit Einlaufdüse (7) und Konstantstrecke (8) ausgeführte Abschreckschacfit (3) an beiden Enden eine Einlaufdüse (7) für eine mittels der Umwälzeinrichtung (5) umkehrbare ~ Durchströmungsrichtung der Zwangsumwälzung aufweist»

- Hierzu 1 Seite Zeichnung -