DE102004051546A1 - Method for the low-distortion hardening of metallic components - Google Patents

Method for the low-distortion hardening of metallic components Download PDF

Info

Publication number
DE102004051546A1
DE102004051546A1 DE200410051546 DE102004051546A DE102004051546A1 DE 102004051546 A1 DE102004051546 A1 DE 102004051546A1 DE 200410051546 DE200410051546 DE 200410051546 DE 102004051546 A DE102004051546 A DE 102004051546A DE 102004051546 A1 DE102004051546 A1 DE 102004051546A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
quenching
temperature
gas
components
component
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.)
Withdrawn
Application number
DE200410051546
Other languages
German (de)
Inventor
Volker Dr. Heuer
Klaus Dr. Löser
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.)
ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies 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 ALD Vacuum Technologies GmbH filed Critical ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority to DE200410051546 priority Critical patent/DE102004051546A1/en
Priority to PCT/DE2005/001906 priority patent/WO2006042538A1/en
Priority to DE112005002656T priority patent/DE112005002656A5/en
Publication of DE102004051546A1 publication Critical patent/DE102004051546A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • 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
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/22—Martempering
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite
    • 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
    • C21D2241/00—Treatments in a special environment
    • C21D2241/01—Treatments in a special environment under pressure
    • 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like

Abstract

Um bei einer Hochdruckgasabschreckung von Bauteilen die Maß- und Formänderungen zu minimieren, ohne dass sich die Härte des Bauteilmaterials verringert, wird vorgeschlagen, die Gradienten im Bauteil während einer Unterbrechung (Kurvenabschnitt 18) des kontinuierlichen Abschreckvorganges bei einer Temperatur unterhalb des Martensitstartpunktes 12 zu verringern. Dadurch ergeben sich deutlich geringere Bauteilverzüge als bei einem Temperaturverlauf gemäß Temperaturkurve 17.In order to minimize the dimensional and shape changes in high pressure gas quenching of components without reducing the hardness of the component material, it is proposed to reduce the gradients in the component during a break (curve portion 18) of the continuous quench at a temperature below the martensite start point 12. This results in significantly lower component distortions than in the case of a temperature profile according to temperature curve 17.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum verzugsarmen Härten von metallischen Bauteilen mit den folgenden Schritten:

  • – Einbringen der heißen Bauteile in eine Hochdruckgasabschreckkammer mit einem Kühlgaseinlass und einem Kühlgasauslass;
  • – Abschrecken der Bauteile in einem Kühlgasstrom durch Umwälzen eines Kühlgases in der Hochdruckgasabschreckkammer, wobei das Gas abwechselnd über die heißen Bauteile und einen Gaskühler strömt, so dass die Bauteile kontinuierlich abkühlen,
  • – wobei nach einer gewissen Kühldauer der Abschreckvorgang kurzzeitig unterbrochen bzw. die Abschreckintensität kurzzeitig gedrosselt wird, um den Temperaturgradienten innerhalb eines jeden Bauteils zu verkleinern.
The invention relates to a method for the low-distortion hardening of metallic components with the following steps:
  • - Introducing the hot components in a Hochdruckgasabschreckkammer with a cooling gas inlet and a cooling gas outlet;
  • Quenching the components in a cooling gas stream by circulating a cooling gas in the high-pressure gas quenching chamber, the gas flowing alternately over the hot components and a gas cooler, so that the components cool continuously,
  • - After a certain cooling period, the quenching briefly interrupted or the quenching intensity is briefly throttled to reduce the temperature gradient within each component.

Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in dem Aufsatz: Entwicklung des dynamischen Abschreckens in Hochdruckgasabschreckanlagen, v. Heuer, K. Löser in Mat.-wiss u. Werkstofftech. 34, 56–63 (2003) beschrieben.One such method is for example in the article: Development of the dynamic quenching in high pressure gas quenching systems, v. This year, K. Löser in Mat.-wiss u. Werkstofftech. 34, 56-63 (2003).

Die Hochdruck-Gasabschreckung hat sich als zuverlässiges Abschreckverfahren in der industriellen Praxis etabliert. Dabei ist die Hochdruck-Gasabschreckung zumeist Bestandteil einer Vakuumwärmebehandlung wie z. B. Vakuumhärtung, Vakuumaufkohlungen oder Plasmaaufkohlung. Die Vorteile der Hochdruck-Gasabschreckung bestehen insbesondere dar in, dass nur geringe Verzüge an den Bauteilen induziert werden. Um diese Vorteile zu erreichen, ist es aber notwendig, die Abschreckparameter, wie Gasdruck und Gasgeschwindigkeit, sorgfältig auszuwählen.The High-pressure gas quenching has proven to be a reliable quenching method established in industrial practice. Here is the high pressure gas quench mostly part of a vacuum heat treatment such. B. vacuum curing, vacuum carburizing or plasma carburizing. The advantages of high-pressure gas quenching insist in particular that only minor delays in the Components are induced. To achieve these benefits is but it is necessary to set the quenching parameters, such as gas pressure and gas velocity, careful select.

Maß- und Formänderungen infolge von Wärmebehandlungen treten immer dann auf, wenn die in Bauteilen auftretenden Spannungen die Fließspannungen überschreiten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Fließspannung temperaturabhängig ist. Um die Thermospannungen und Umwandlungsspannungen, die während der Abschreckung auftreten, zu reduzieren, wird in dem oben genannten Aufsatz vorgeschlagen, die Abschreckintensität zu drosseln bzw. zu unterbrechen, bevor an irgendeiner Stelle im Bauteil die Martensitstarttemperatur erreicht wird. Durch die Drosselung bzw. Unterbrechung des Abschreckvorganges kommt es zu einem Temperaturausgleich innerhalb des Bauteils, also zwischen seinen Randschichten und seinem Kern, so dass die Thermospannungen abgebaut sind, bevor die Martensitbildung in den Bauteilen beginnt. Außerdem hat sich gezeigt, dass durch den oberhalb der Martensitstarttemperatur anzustrebenden Temperaturausgleich die Martensitbildung im Randbereich und im Kern eines Bauteils nahezu gleichzeitig erfolgt, was zu einer Verkleinerung der Umwandlungsspannungen führt. Dies wiederum hat kleinere Maß- und Formänderungen zur Folge.Dimensional and shape changes as a result of heat treatments always occur when the voltages occurring in components exceed the yield stress. It is important to take into account that the yield stress temperature-dependent is. To check the thermoelectric voltages and transformation voltages that occur during the Deterrence occur, reduce in the above Essay proposed to reduce or interrupt quenching intensity, before at any point in the component, the martensite start temperature is reached. By throttling or interrupting the quenching process it comes to a temperature compensation within the component, so between its marginal layers and its core, so that the thermal stresses are degraded before the martensite formation begins in the components. Besides, has shown by the above the martensite start temperature temperature compensation to be achieved, the formation of martensite in the edge area and in the core of a component occurs almost simultaneously, resulting in a Reduction of the conversion voltages leads. This in turn has smaller ones Dimensional and deformations result.

Es wurde daher daran gedacht, zur weiteren Reduzierung der Maß- und Formänderungen die Dauer der Unterbrechung zu verlängern. Dabei zeigte sich aber, dass das Material nach der Wärmebehandlung eine zu geringe Härte aufwies, was sich dadurch erklären lässt, dass bei der in der Unterbrechung gegebenen Temperaturstufe oberhalb der Martensitstarttemperatur das Material nach einiger Zeit in den Bereich der Bainitumwandlung eintritt und damit keine volle Härteannahme mehr, wie bei der vollständigen Mar tensitumwandlung, erreichbar ist. Die Erfindung beruht somit auf dem Problem, den Abschreckvorgang so zu gestalten, dass einerseits nur geringe Maß- und Formänderungen an den abgeschreckten Bauteilen auftreten und andererseits das Bauteil eine hohe Härte und damit Festigkeit erhält.It was therefore thought of, to further reduce the dimensional and shape changes extend the duration of the interruption. But it turned out that the material after the heat treatment too low a hardness showed what they explain leaves, that at the temperature level given in the interruption above the martensite start temperature the material after some time in the Area of bainite transformation occurs and thus no full hardening more, as with the complete Mar tensitumwandlung, is achievable. The invention is thus based on the problem of designing the quenching process on the one hand only small measures and shape changes occur on the quenched components and on the other hand, the component a high hardness and thus obtains strength.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor,
dass der Abschreckvorgang zunächst in einer ersten Phase mit hoher Abschreckintensität, d. h. hoher Gasgeschwindigkeit und hohem Druck begonnen wird,
dass die Drosselung der Abschreckintensität bzw. die Unterbrechung des Abschreckvorganges bei einer Temperatur der Bauteile stattfindet, die unterhalb der Martensitstarttemperatur liegt,
und dass sich daran ein weiterer Abschreckschritt mit höherer Abschreckintensität anschließt.To solve the problem, the invention provides
the quenching process is first started in a first phase with high quenching intensity, ie high gas velocity and high pressure,
that the quench intensity reduction or quenching interruption takes place at a component temperature lower than the martensite start temperature,
and that is followed by another quenching step with higher quenching intensity.

Bei dieser Vorgehensweise befindet sich das Material schon in der ersten Phase der Martensitumbildung, wenn die Drosselung bzw. Unterbrechung des Abschreckvorganges beginnt. Damit wird die Bainitumwandlung unterdrückt und somit wird vermieden, dass das Material eine geringere Härte aufweist. Obwohl erfindungsgemäß der Temperaturausgleich unterhalb der Martensitstartemperatur erfolgt, bei der das Material der Bauteile zumindest zum Teil schon umgewandelt ist, konnten überraschenderweise keine zu großen Maß- und Formänderungen festgestellt werden. Im Gegenteil, die Maß- und Formänderungen waren deutlich kleiner als bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik.In this procedure, the material is already in the first phase of martensite formation when throttling or interruption of the quenching process begins. Thus, the bainite transformation is suppressed and thus it is avoided that the material has a lower hardness. Although he According to the invention, the temperature compensation takes place below the martensite start temperature at which the material of the components has already been converted, at least in part, surprisingly no large dimensional and shape changes could be detected. On the contrary, the dimensional and shape changes were significantly smaller than in the prior art method.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Abschreckung dadurch unterbrochen, dass der Kühlgasstrom unterbrochen bzw. seine Wirkung verringert wird.Also in the method according to the invention the quenching is interrupted by the cooling gas flow interrupted or its effect is reduced.

Um eine möglichst geringe Maß- und Formänderungen zu erreichen, kommt es entscheidend auf die Dauer der Unterbrechung bzw. Drosselung der Abschreckung an. Welche Dauer optimal ist, lässt sich letztlich nur empirisch bestimmen. Dies bedeutet, dass bevor ein größere Anzahl von Bauteilen in einer bestimmten Art mit diesem Verfahren abgeschreckt wird, werden für die jeweils zu behandelnde Bauteilart, die durch die Form und das Material des Bauteils bestimmt wird, Versuche mit unterschiedlichen Drosselungs- bzw. Unterbrechungsdauern durchgeführt und die jeweils zugehörigen Maß- bzw. Formänderungen bestimmt. Sodann wird die Dauer mit der geringsten Maß- bzw. Formänderung identifiziert und damit das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, das somit dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dauer der Drosselung bzw. Unterbrechung für eine vorbestimmten Zeitspanne durchgeführt wird, die für jede Bauteilart so bestimmt wird, dass die nach der Abschreckung verbleibenden Maß- bzw. Formänderungen minimal sind.Around one possible small measure and shape changes the duration of the interruption is crucial or throttling the deterrent. Which duration is optimal, can be Ultimately only determine empirically. This means that before a larger number of components in a certain way quenched by this method will be for the particular type of component to be treated by the shape and the Material of the component is determined, experiments with different Throttling or interruption periods carried out and the respectively associated Maß- or deformations certainly. Then the duration with the least measure or strain identified and thus carried out the inventive method, the thus characterized in that the duration of the throttling or interruption for a predetermined period of time is performed for each type of component is determined so that the remaining after the deterrent measure or deformations are minimal.

Um das Erreichen bzw. Unterschreiten der Martensitstarttemperatur bestimmen zu können, wird die Temperatur des Bauteils während der Abschreckung gemessen.Around determine the attainment or drop below the martensite start temperature to be able to the temperature of the component is measured during quenching.

Bauteile, die typischerweise dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden, sind z. B. Zahnräder. Bei diesen hat es sich gezeigt, dass die Prozesstemperatur am besten im Zahnfußkern eines Zahnrades ermittelt wird. Dementsprechend wird dort an einem Zahnrad aus einer aus mehreren Zahnrädern bestehenden Charge der Temperaturfühler angebracht.components which are typically subjected to the method according to the invention, are z. B. gears. These have shown that the process temperature is best in the root of the tooth a gear is determined. Accordingly, there will be at one Gear of a consisting of several gears batch of temperature sensor appropriate.

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:in the The following is based on an embodiment the invention closer explained become. To show:

1 eine schematische Darstellung einer Abschreckvorrichtung, 1 a schematic representation of a quenching device,

2 das Diagramm eines Abschreckvorganges nach dem Stand der Technik, 2 the diagram of a quenching process according to the prior art,

3 das Diagramm eines erfindungsgemäßen Abschreckvorganges. 3 the diagram of a quenching process according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch eine Abschreckvorrichtung. Diese besteht aus einer die abzuschreckenden Bauteile aufnehmenden Hochdruckgasabschreckkammer 1, durch die in einem Kreislauf 2 ein Kühlgasstrom geleitet werden kann; wobei das Gas abwechselnd über die heißen Bauteile 3 und einen oberhalb und unterhalb der Bauteile angeordneten Gaskühler 4 strömt. Die Umwälzung des Gases übernehmen zwei im Kreislauf angeordnete Ventilatoren 5. Die Steuerung des Abschreckvorgangs erfolgt über eine Prozesssteuerung 6, die mit dem Ventilator 5 und einem Gaseinlass- 7 bzw. Gasauslassventil 8 an der Hochdruckgasabschreckkammer 1 verbunden ist. Durch Steuerung des Ventilators 5, der die Gasgeschwindigkeit bestimmt und/oder des Gaseinlass- bzw. -auslassventils 7, 8, mit dem der Abschreckdruck bestimmt wird, ist es möglich, dass ein zeitlicher Temperaturverlauf erreicht wird, der prinzipiell in dem Diagramm der 1 dargestellt ist.The 1 shows schematically a quenching device. This consists of a abzuschrenden the components receiving high-pressure gas quenching chamber 1 through which in a cycle 2 a cooling gas stream can be passed; taking the gas alternately over the hot components 3 and a gas cooler disposed above and below the components 4 flows. The recirculation of the gas take two circulating fans 5 , The control of the quenching process via a process control 6 that with the fan 5 and a gas inlet 7 or gas outlet valve 8th at the high pressure gas quench chamber 1 connected is. By controlling the fan 5 determining the gas velocity and / or the gas inlet or outlet valve 7 . 8th , with which the quenching pressure is determined, it is possible that a temporal temperature profile is achieved, which in principle in the diagram of 1 is shown.

2 zeigt anhand eines Diagramms den typischen Temperaturverlauf eines Bauteils während einer Abschreckung gemäß dem Stand der Technik. Die Temperaturkurve 10 zeigt die sich mit der Zeit ändernde Temperatur im Randbereich des Bauteils, während die Temperaturkurve 11 die Tempera tur im Kern des Bauteils angibt, die der randnahen Temperatur nachhinkt. Die Temperatur wird zunächst kontinuierlich verringert und dann für eine vorgegebene Dauer oberhalb der Martensitstarttemperatur 12 des zu kühlenden Werkstoffes gehalten. Der Abschreckvorgang wird zumindest so lange unterbrochen bzw. gedrosselt, bis sich die Temperaturen im Randbereich des Bauteils und in seinem Kern angeglichen haben (Kurvenabschnitt 13). Danach wird der Abschreckvorgang weiter fortgesetzt, so dass es zu einer Martensitbildung kommt (Kurvenabschnitt 14). Würde längere Zeit eine Temperatur oberhalb der Martensitstarttemperatur 12 vorliegen, was zum Beispiel bei massereichen Bauteilen der Fall ist, oder würden besonders niedrig legierte Stähle abgeschreckt werden, so würden die Bauteile eine teilweise Bainitstruktur annehmen, die durch eine geringere Härte gekennzeichnet ist. 2 shows by means of a diagram the typical temperature profile of a component during a quenching according to the prior art. The temperature curve 10 shows the time-varying temperature in the edge region of the component, while the temperature curve 11 indicates the tempera ture in the core of the component, which lags the near-edge temperature. The temperature is initially reduced continuously and then for a predetermined duration above the martensite start temperature 12 held the material to be cooled. The quenching process is interrupted or throttled at least until the temperatures in the edge region of the component and in its core have become equal (curve segment 13 ). Thereafter, the quenching process is continued, so that there is a martensite formation (curve section 14 ). Would a longer time a temperature above the martensite start temperature 12 For example, in the case of high-mass components, or if particularly low-alloyed steels are quenched, the components would assume a partial bainitic structure characterized by lower hardness.

Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die Drosselung oder Unterbrechung der Abschreckung erst dann durchzuführen, wenn die Temperatur des Bauteils unterhalb der Martensitstarttemperatur 12 liegt. Dies ist im Diagramm der 3 dargestellt. Die Temperaturkurve 17 zeigt eine annähernde Temperaturkonstanz unterhalb der Martensitstarttemperatur 12 im Kurvenabschnitt 18 zwischen 30 und 70 sec.According to the invention, it is therefore proposed to effect the throttling or interruption of the quenching only when the temperature of the component is below the martensite starting temperature 12 lies. This is in the diagram of 3 shown. The temperature curve 17 shows an approximate temperature stability below the martensite start temperature 12 in the curve section 18 between 30 and 70 sec.

Die angestrebte Temperaturangleichung findet somit im Bereich der Martensitbildung statt, wobei diese durch eine eine große Härte auszeichnende Struktur erhalten bleibt.The The desired temperature adjustment thus takes place in the area of martensite formation instead, this being characterized by a high hardness distinguishing structure preserved.

Die Drosselung bzw. Unterbrechung des Abschreckvorganges erfolgt vorzugsweise durch eine deutliche Reduzierung der Gasgeschwindigkeit, was durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventilatoren 5 erfolgen kann, und/oder durch eine Reduzierung des Abschreckdrucks in der Hochdruckgasab schreckkammer 1, was durch eine entsprechende Ansteuerung des Gasauslassventils 8 erfolgen kann.The throttling or interruption of the quenching process is preferably carried out by a significant reduction in the gas velocity, which by a corresponding control of the fans 5 can take place, and / or by reducing the quenching pressure in the Hochdruckgasab erschkammer 1 , which by a corresponding control of the gas outlet valve 8th can be done.

Im Folgenden soll ein typisches Anwendungsbeispiel näher erläutert werden. Ein Bauteil aus einem PKW-Getriebe, nämlich ein innenverzahnter Ring mit den Abmessungen: Durchmesser D = 140mm, Höhe H = 30mm, Ringdicke s = 7mm), besteht aus dem Werkstoff 34Cr4. Die Martensitstarttemperatur (MS-Temperatur) beträgt für diesen Werkstoff ca. 350° C. Das Bauteil wurde einer Wärmebehandlung, bestehend aus Vakuumaufkohlung und Hochdruck-Gasabschreckung (C2H2-Aufkohlung und Helium-Abschreckung) unterworfen. Es sollte eine Einsatzhärtungstiefe Eht = 0,35mm nach der Wärmebehandlung erzielt werden. Die Temperaturmessung wurde im Zahnfußkern des Bauteils vorgenommen. Der dabei gemessene Temperaturverlauf ist in der 3 dargestellt. Man erkennt deutlich (Abschnitt 18) die Stabilisierung der Temperatur im Zahnfußkern unterhalb der Martensitstarttemperatur. Es wird vermutet, dass dies zu einem Abbau von Spannungsspitzen führt und somit zu geringerem Bauteilverzug.In the following, a typical application example will be explained in more detail. A component of a car transmission, namely an internally toothed ring with the dimensions: diameter D = 140mm, height H = 30mm, ring thickness s = 7mm), consists of the material 34Cr4. The martensite start temperature (MS temperature) for this material is about 350 ° C. The component was subjected to a heat treatment consisting of vacuum carburizing and high pressure gas quenching (C2H2 carburizing and helium quenching). A case hardening depth Eht = 0.35mm after the heat treatment should be achieved. The temperature measurement was carried out in the root of the toothed component. The measured temperature profile is in the 3 shown. One recognizes clearly (section 18 ) the stabilization of the temperature in the root of the tooth beneath the martensite start temperature. It is believed that this leads to a reduction of voltage peaks and thus to less component distortion.

Trotz der veränderten Abkühlcharakteristik wurden bei Anwendung des verbesserten Abschreckprozesses die zu erzielenden metallurgische Bauteilqualitäten (Einsatzhärtetiefe, Kernhärte, Mikrogefüge in Rand und Kern) vollständig erzielt. Es gab keine Verschlechterung der metallurgischen Bauteilqualität im Vergleich zur Durchführung des Verfahrens nach dem Stand der Technik, wie er prinzipiell in 2 gezeigt ist: Die Abschreckparameter dabei waren: Gesamtdauer: 180 sec; Gasgeschwindigkeit für 10 s 100%, für 20 s (oberhalb der Martensitstarttemperatur) 0% und danach wieder 100%, der Druck in der Gasabschreckkammer betrug stets 12 bar; das Abkühlgas war Helium He.Despite the changed cooling characteristics, the metallurgical component qualities to be achieved (case hardening depth, core hardness, microstructure in edge and core) were completely achieved when using the improved quenching process. There was no deterioration of the metallurgical component quality compared to the implementation of the prior art method, as it is in principle in 2 The quenching parameters were: total duration: 180 sec; Gas velocity for 10 s 100%, for 20 s (above the martensite start temperature) 0% and then again 100%, the pressure in the gas quenching chamber was always 12 bar; the cooling gas was helium He.

Die erfindungsgemäß verbesserte Gasabschreckung wurde mit den folgenden Parametern durchgeführt:
Zunächst für 20 sec. 100% Gasgeschwindigkeit, 12 bar He
Danach für 15 sec. 15% Gasgeschwindigkeit, 12 bar He
Danach für 25 sec. 0% Gasgeschwindigkeit, 12 bar He
Abschließend für 180 sec. 25% Gasgeschwindigkeit, 12 bar HeThe inventively improved gas quenching was carried out with the following parameters:
First for 20 sec. 100% gas velocity, 12 bar He
Then for 15 sec. 15% gas velocity, 12 bar He
Then for 25 sec. 0% gas velocity, 12 bar He
Finally for 180 sec. 25% gas velocity, 12 bar He

Bei einem derart behandelten Bauteil wurde die durchschnittliche Unrundheit, die während der Wärmebehandlung hervorgerufen wird, durch den verbesserten Abschreckprozess von 150 Mikrometer auf 65 Mikrometer gesenkt. Auch die Verzugswerte an der Zahngeometrie (Flankenlinienwinkelabweichung, Profilwinkelabweichung etc.) wurden signifikant verbessert, wie in der folgenden Tabelle dargestellt:

Figure 00080001
With such a treated component, the average runout caused during the heat treatment was reduced from 150 microns to 65 microns by the improved quenching process. The warp values on the tooth geometry (flank line angle deviation, profile angle deviation, etc.) were also significantly improved, as shown in the following table:
Figure 00080001

11
HochdruckgasHigh pressure gas
abschreckkammerquenching
22
Kreislaufcirculation
33
Bauteilecomponents
44
Gaskühlergas cooler
55
Ventilatorfan
66
77
GaseinlassventilGas inlet valve
88th
Gasauslassventilgas outlet
99
1010
Temperaturkurvetemperature curve
1111
Temperaturkurvetemperature curve
1212
Martensitstartmartensite
temperaturtemperature
1313
Kurvenabschnittcurve section
1414
Kurvenabschnittcurve section
1515
1616
1717
Temperaturkurvetemperature curve
1818
Kurvenabschnittcurve section

Claims (5)

Verfahren zum verzugsarmen Härten von metallischen Bauteilen mit den folgenden Schritten: – Einbringen der heißen Bauteile in eine Hochdruckgasabschreckkammer mit einem Kühlgaseinlass und einem Kühlgasauslass, – Abschrecken der Bauteile in einem Kühlgasstrom durch Umwälzen eines Kühlgases in der Hochdruckgasabschreckkammer, wobei das Gas abwechselnd über die heißen Bauteile und einen Gaskühler strömt, so dass die Bauteile kontinuierlich abkühlen, – wobei nach einer gewissen Kühldauer der Abschreckvorgang kurzzeitig unterbrochen bzw. die Abschreckintensität gedrosselt wird, um den Temperaturgradienten innerhalb eines jeden Bauteils zu verkleinern dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckvorgang zunächst in einer ersten Phase mit hoher Abschreckintensität begonnen, d.h. hoher Gasgeschwindigkeit und hohem Druck begonnen wird und dass die Drosselung der Abschreckintensität bzw. die Unterbrechung des Abschreckvorganges bei einer Temperatur der Bauteile stattfindet, die unterhalb der Martensitstarttemperatur liegt. und dass sich daran ein weiterer Abschreckschritt mit höherer Abschreckintensität anschließt.A method of low-distortion hardening of metallic components comprising the steps of: - introducing the hot components into a high-pressure gas quenching chamber having a cooling gas inlet and a cooling gas outlet, quenching the components in a cooling gas stream by circulating a cooling gas in the high-pressure gas quenching chamber, alternately passing the gas over the hot components and a gas cooler flows, so that the components cool continuously, - after a certain cooling time, the quenching briefly interrupted or the quenching intensity is throttled to reduce the temperature gradient within each component, characterized in that the quenching process initially in a first phase with high quenching intensity is started, ie high gas velocity and high pressure is started and that the quench intensity quenching or interruption quenching occurs at a temperature of the components, ie e is below the martensite start temperature. and that is followed by another quenching step with higher quenching intensity. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung des kontinuierlichen Abschreckvorgangs durch eine Verringerung des Kühlgasstromes und/oder des Kühlgasdrucks erzielt wird.A method according to claim 1, characterized in that the interruption of the continuous Ab scoring process is achieved by reducing the cooling gas flow and / or the cooling gas pressure. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Unterbrechung für eine vorbestimmte Zeitspanne durchgeführt wird, die für jede Bauteilart so bestimmt wird, dass die nach der Abschreckung verbleibenden Maß- und Formänderungen minimal sind.Method according to claim 2 or 3, characterized that the duration of the interruption for a predetermined period of time carried out will that for Each type of component is determined so that the after deterrence remaining dimensions and shape changes are minimal. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung während des Abschreckvorgangs mit einem in dem Bauteil angebrachten Temperaturfühler gemessen wird.Method according to claim 3, characterized that the temperature measurement during the quenching process with a mounted in the component temperature sensor measured becomes. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Zahnrad ist und der Temperaturfühler im Zahnfußkern des Zahnrades angebracht ist.Method according to claim 4, characterized in that that the component is a gear wheel and the temperature sensor is in the Zahnfußkern the gear is attached.
DE200410051546 2004-10-22 2004-10-22 Method for the low-distortion hardening of metallic components Withdrawn DE102004051546A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410051546 DE102004051546A1 (en) 2004-10-22 2004-10-22 Method for the low-distortion hardening of metallic components
PCT/DE2005/001906 WO2006042538A1 (en) 2004-10-22 2005-10-24 Method for the low-warping case hardening of metallic parts
DE112005002656T DE112005002656A5 (en) 2004-10-22 2005-10-24 Method for low-distortion case hardening of metallic components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410051546 DE102004051546A1 (en) 2004-10-22 2004-10-22 Method for the low-distortion hardening of metallic components

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004051546A1 true DE102004051546A1 (en) 2006-05-04

Family

ID=35930002

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200410051546 Withdrawn DE102004051546A1 (en) 2004-10-22 2004-10-22 Method for the low-distortion hardening of metallic components
DE112005002656T Ceased DE112005002656A5 (en) 2004-10-22 2005-10-24 Method for low-distortion case hardening of metallic components

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112005002656T Ceased DE112005002656A5 (en) 2004-10-22 2005-10-24 Method for low-distortion case hardening of metallic components

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102004051546A1 (en)
WO (1) WO2006042538A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008036490A1 (en) 2008-08-06 2010-02-11 Ald Vacuum Technologies Gmbh Process for high pressure gas quenching, comprises introducing hot workpiece into high pressure gas quenching chamber and quenching workpiece in cooling gas stream by circulating cooling gases in high pressure gas quenching chamber
CN110241288A (en) * 2018-07-25 2019-09-17 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 A method of reducing the deformation of gear impewdance matching

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009000201B4 (en) 2009-01-14 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Charging rack and quenching device with charging rack
EP2604710A1 (en) * 2011-12-13 2013-06-19 Linde Aktiengesellschaft Method for hardening of a metallic workpiece
DE102015011504A1 (en) 2015-09-09 2017-03-09 Ipsen International Gmbh Apparatus for treating metallic workpieces with cooling gas
US20180327874A1 (en) * 2015-11-11 2018-11-15 Nissan Motor Co., Ltd. Gas quenching method
CN111077178B (en) * 2020-01-16 2021-09-24 昆明理工大学 High-flux spray quenching sample clamping device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE925175C (en) * 1953-02-25 1955-03-14 Gertrud Hofmann Process for producing steel work pieces with zones of different hardnesses
GB1267832A (en) * 1969-04-16 1972-03-22 Licencia Talalmanyokat Method of heat-treating a light gauge cold-framed workpiece of an unalloyed low carbon sheet
JPH05195048A (en) * 1992-01-21 1993-08-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat treatment method of cam plate
JPH11350028A (en) * 1998-06-09 1999-12-21 Honda Motor Co Ltd Heat treatment of metallic mold casting

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58107412A (en) * 1981-12-19 1983-06-27 Nippon Steel Corp Manufacture of high tensile strength steel with high ductility
DE3623105C1 (en) * 1986-07-09 1987-12-03 Degussa Process for the heat treatment of steel parts
DE4135313A1 (en) * 1991-10-25 1993-04-29 Ipsen Ind Int Gmbh METHOD FOR COOLING A WORKING PIECE BATCH WITHIN A HEAT TREATMENT PROCESS
DE10210952B4 (en) * 2002-03-13 2007-02-15 Ald Vacuum Technologies Ag Apparatus for treating metallic workpieces with cooling gas
KR100591355B1 (en) * 2002-03-25 2006-06-19 히로히사 타니구치 Hot gas quenching devices and hot gas heat treating method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE925175C (en) * 1953-02-25 1955-03-14 Gertrud Hofmann Process for producing steel work pieces with zones of different hardnesses
GB1267832A (en) * 1969-04-16 1972-03-22 Licencia Talalmanyokat Method of heat-treating a light gauge cold-framed workpiece of an unalloyed low carbon sheet
JPH05195048A (en) * 1992-01-21 1993-08-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat treatment method of cam plate
JPH11350028A (en) * 1998-06-09 1999-12-21 Honda Motor Co Ltd Heat treatment of metallic mold casting

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HEUER,V., LÖSER,K.: Entwicklung des dynamischen Abschreckens in Hochdruck- Gasabschreckanlagen. In: Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 34, 2003, S.56-63 *
HEUER,V., LÖSER,K.: Entwicklung des dynamischen Abschreckens in Hochdruck- Gasabschreckanlagen. In: Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 34, 2003, S.56-63;

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008036490A1 (en) 2008-08-06 2010-02-11 Ald Vacuum Technologies Gmbh Process for high pressure gas quenching, comprises introducing hot workpiece into high pressure gas quenching chamber and quenching workpiece in cooling gas stream by circulating cooling gases in high pressure gas quenching chamber
DE102008036490B4 (en) * 2008-08-06 2012-12-13 Ald Vacuum Technologies Gmbh High pressure gas quenching process and apparatus therefor
CN110241288A (en) * 2018-07-25 2019-09-17 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 A method of reducing the deformation of gear impewdance matching
CN110241288B (en) * 2018-07-25 2020-09-04 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 Method for reducing gear induction quenching deformation

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006042538A1 (en) 2006-04-27
DE112005002656A5 (en) 2007-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10315418B3 (en) Thermomechanical treatment of round steel bars heated above the recrystallization temperature useful in the thermomechanical and heat treatment of steel
DE102005003551B4 (en) Method for hot forming and hardening a steel sheet
DE102005045340A1 (en) Process for heat treatment of an aluminum alloy element
DE3837544C2 (en) Process for heat treating a Ti-6246 alloy
EP1948834B1 (en) Method and device for the continuous creation of a bainite structure in a carbon steel, especially a strip steel
EP1412543B1 (en) Method for cooling work pieces especially shape-rolled products from rail steel
WO2006042538A1 (en) Method for the low-warping case hardening of metallic parts
DE102015112293A1 (en) Method and apparatus for the adaption of temperature-adapting metal bands
WO2015158795A1 (en) Method and device for producing a steel strip
DE10315419B3 (en) Production of screw springs or stabilizers made from steel comprises comparing the heating temperature over the rod lengths and maintaining between the rollers
EP2356262B1 (en) Method and apparatus for producing steel pipes having particular properties
DE1558687A1 (en) Process for improving the strength and elongation of steel
DE102012020844A1 (en) Process for the thermomechanical treatment of hot-rolled profiles
EP0601024B1 (en) Process for producing a ski edge
DE102011051682B4 (en) Method and apparatus for treating a steel product and steel product
DE3623105C1 (en) Process for the heat treatment of steel parts
EP3426808B1 (en) Application of thermally treated flat steel product
DE102015013169B3 (en) Process for the heat treatment of a light metal component
DE19921286A1 (en) Heat treatment process for the production of surface-hardened long and flat products from unalloyed or low-alloy steels
EP0067374B2 (en) Method for the thermo-mechanical treatment of hot rolled steel
DE2344027C3 (en) Method of manufacturing bolts or screws
DE4316795A1 (en) Process for the thermal pretreatment of metallic material
EP3201369B1 (en) Method for the manufacture of steel strip material having different mechanical properties across the width of the strip
DE102008036490B4 (en) High pressure gas quenching process and apparatus therefor
DE1433715A1 (en) Process for the heat treatment of heavy workpieces made of forged or cast steel

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee