DE102005015450B3

DE102005015450B3 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Gasabschreckung

Info

Publication number: DE102005015450B3
Application number: DE200510015450
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Edenhofer; Torsten Hesse; Winfried Dr. Gräfen
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: WO2006105899A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke (9) in einer Behandlungskammer (2), bei dem die Behandlungskammer (2) mit einem Kühlgas (10) geflutet wird. Um ein Verfahren anzugeben, mit dem bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit eine schnellere Werkstückabschreckung erreicht werden kann, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Werkstücke (9) des weiteren mit einem flüssigen Kühlmedium (11) beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke in einer Behandlungskammer, bei dem die Behandlungskammer mit einem Kühlgas geflutet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke.
Verfahren zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Als Abschreckmedium kommt bei diesen Verfahren ein Kühlgas zum Einsatz, das zumeist unter hohem Druck innerhalb der Behandlungskammer umgewälzt wird. Infolge dieser Gasumwälzung strömt das Kühlgas an den heißen, metallischen Werkstücken vorbei, wodurch es zu einer Abkühlung derselben kommt.
Die Abschreckgeschwindigkeit sowie die Abschreckintensität hängen insbesondere von der Geschwindigkeit der Kühlgasströmung innerhalb der Behandlungskammer und der Dichte des verwendeten Kühlgases ab. Die Dichte des Kühlgases kann durch die Gasart, mehr aber noch durch den verwendeten Druck des Kühlgases variiert werden. Zur Steigerung der Gasabschreckintensität wurden daher in der Vergangenheit Kühlgasdrücke von bis zu 4 MPa und darüber erzeugt, weshalb derartige Verfahren auch als Hochdruckgasabschreckverfahren bezeichnet werden.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abschreckverfahren wird die Behandlungskammer, in der sich die noch heißen, abzuschreckenden Werkstücke befinden, mit einem Kühlgas auf einen vorgebbaren Kühlgasdruck geflutet. Das unter Hochdruck stehende Kühlgas wird sodann mittels eines Gasumwälzers innerhalb der Behandlungskammer umgewälzt, wobei Gasgeschwindigkeiten von bis zu 30 m pro Sekunde erzeugt werden. Zwecks Energierückgewinnung kann das infolge der Abschreckung der Werkstücke aufgeheizte Kühlgas durch einen wassergekühlten Wärmetauscher geführt und in einem stetigen Kreislauf zirkuliert werden.
Als Kühlgase kommen insbesondere Argon, Stickstoff, Helium und Wasserstoff sowie Gemische aus diesen Gasen in Betracht. Dabei zeigen insbesondere Gase mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einer hohen spezifischen Wärmekapazität, wie dies beispielsweise bei den Gasen Wasserstoff und Helium der Fall ist, besonders gute Abschreckwirkungen.
Zur schnellen Flutung der Behandlungskammer auf den gewünschten Kühlgasdruck innerhalb der Behandlungskammer kommt in der Regel ein sogenannter Pufferbehälter zum Einsatz, in dem sich das zur Abschreckung zu verwendende Kühlgas befindet. Der Pufferbehälter wird bei Drücken deutlich oberhalb des in der Behandlungskammer wunschgemäß einzustellenden Kühlgasdruck betrieben und er weist in aller Regel ein Volumen auf, das einem Mehrfachen des Volumens der Abschreckkammer entspricht.
Mit Beginn des Abschreckvorganges wird die Behandlungskammer durch schlagartiges Öffnen eines Ventils in der Verbindungsleitung zwischen Pufferbehälter und Behandlungskammer geflutet. Ein innerhalb der Behandlungskammer angeordnetes Druckventil mißt den Druckanstieg innerhalb der Behandlungskammer und bewirkt vorzugsweise eine automatische Ventilschließung, wenn der gewünschte Kühlgasdruck innerhalb der Behandlungskammer erreicht ist.

Ein Verfahren zur Gasabschreckung der vorbeschriebenen Art ist beispielsweise aus der EP 0 451 050 B1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird mit dem Ziel, besonders gute Abschreckergebnisse zu erreichen, Helium als Kühlgas eingesetzt.

Helium hat jedoch den Nachteil, daß es sehr teuer in der Anschaffung ist. Aus diesem Grunde wird mit der EP 0 451 050 B1 vorgeschlagen, das Helium nach einem erfolgten Abschreckvorgang zu reinigen, um es wiederverwenden zu können. Zwar mag Helium als Kühlgas besonders geeignet sein, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist, doch wird nach der Lehre der EP 0 451 050 B1 der Einsatz von Helium als Kühlgas mit dem Nachteil eines vorrichtungsseitig hohen Aufwandes erkauft.

Zudem ist es bei den vorbekannten Verfahren von Nachteil, daß die hiermit erreichbaren Abschreckgeschwindigkeiten und Abschreckintensitäten trotz des Einsatzes von Kühlgasen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher spezifischer Wärmekapazität, wie zum Beispiel Helium, hinter den Abschreckgeschwindigkeiten und Abschreckintensitäten zurückstehen, wie diese mit herkömmlichen Öltauchabschreckungen erreichbar sind. Für zahlreiche Anwendungen, wie zum Beispiel das Härten von Werkstücken aus unlegierten oder nur schwach legierten Stählen sind die aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckgasabschreckungen daher nicht oder nur begrenzt geeignet.

Um diesem Problem zu begegnen, wurde mit der DE 197 09 957 A1 vorgeschlagen, das zu verwendende Kühlgas mit einer Kühlgasgeschwindigkeit von 1 MPa pro Sekunde bis 24 MPa pro Sekunde in die Behandlungskammer einzuführen und einen Kühlgasdruck innerhalb der Behandlungskammer von mehr als 4 MPa, vorzugsweise von 6 MPa einzustellen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß selbst bei der Einstellung extrem hoher Kühlgasdrücke die vorbeschriebenen Nachteile nicht überwunden werden können. Im übrigen steigt der apparative Aufwand, wenn derart hohe Drücke innerhalb der Behandlungskammer gefahren werden sollen.

Aus dem Vorerläuterten ergibt sich, daß den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Gasabschreckung enge Grenzen gesetzt sind und daß die damit erreichbaren Abschreckgeschwindigkeiten und Abschreckintensitäten nicht an die mit herkömmlichen Öltauchabschreckungen erzielbaren Abschreckgeschwindigkeiten und Abschreckintensitäten heranreichen, weshalb die vorbekannten Gasabschreckverfahren für zahlreiche Anwendungen nicht geeignet sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Gasabschreckung anzugeben, das bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit ein erweitertes Anwendungsspektrum ermöglicht und mit dem verbesserte Abschreckintensitäten und schnellere Abschreckgeschwindigkeiten erreicht werden können. Zudem soll mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Gasabschreckung vorgeschlagen werden.

Verfahrensseitig wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen ein Verfahren zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke in einer Behandlungskammer, bei dem die Behandlungskammer mit einem Kühlgas, vorzugsweise auf Überdruck, geflutet wird, wobei die Werkstücke des weiteren mit einem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Kühlmedium flüssiger Stickstoff verwendet wird.

Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lehre liegt in der Kombination einer an sich aus dem Stand der Technik bekannten Gasabschreckung mittels Kühlgas einerseits und einer zusätzlichen Abkühlung der Werkstücke durch Beaufschlagen derselben mit einem flüssigen Kühlmedium. Diese Kombination erlaubt in vorteilhafter Weise hohe Abkühlgeschwindigkeiten sowie hohe Abkühlintensitäten, so daß das erfindungsgemäße Verfahren einem breiten Anwendungsspektrum zugänglich ist und beispielsweise auch für das Härten von Werkstücken aus unlegierten oder schwach legierten Stählen geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise durch eine mehrstufige Verfahrensdurchführung gekennzeichnet. Zwei alternative Verfahrensdurchführungen sind möglich.

Gemäß einer ersten Alternative wird die Behandlungskammer in einer ersten Verfahrensstufe bis zum Erreichen eines vorgebbaren Drucks mit dem Kühlgas geflutet. In der sich daran anschließenden zweiten Verfahrensstufe werden die Werkstücke sodann mit dem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt. Die bereits im Zuge der ersten Verfahrensstufe bewirkte Werkstückabschreckung wird durch die im Zuge der zweiten Verfahrensstufe erzeugte Kühlmediumbeaufschlagung der Werkstücke intensiviert, was im Ergebnis zu einer höheren Abschreckgeschwindigkeit führt. Zudem kann der Druck in der Behandlungskammer durch das an den heißen Werkstücke verdampfende, flüssige Kühlmedium zusätzlich gesteigert werden, was eine Druckerhöhung ohne zusätzlichen apparativen Aufwand ermöglicht. Für den Fall, daß eine Drucksteigerung nicht erwünscht sein sollte, so kann der Druck innerhalb der Behandlungskammer natürlich dadurch konstant gehalten werden, daß in Abhängigkeit des verdampfenden Kühlmediums Gasatmosphäre aus der Behandlungskammer abgesogen wird. Von besonderem Vorteil dieser ersten alternativen Verfahrensdurchführung ist, daß sehr präzise auf den Abschreckvorgang Einfluß genommen werden kann, indem das flüssige Kühlmedium zu einer vorbestimmten Zeit in die Behandlungskammer eingebracht und auf die Werkstücke aufgegeben wird. Auf diese Weise lassen sich mit Blick auf die abzuschreckenden Werkstücke Abkühlkurven mit zu definierten Zeiten erhöhten Abschreckintensitäten erreichen, was es ermöglicht, bestimmte metallurgische Ausscheidungs- (Carbide, Nitride und dergleichen) oder Umwandlungsphänomene (Perlit, Bainit oder dergleichen) im Gefüge der wärmebehandelten und abgeschreckten Werkstücke zu vermeiden.

In einer zweiten alternativen Verfahrensdurchführung ist vorgesehen, daß die Werkstücke zunächst in einer ersten Verfahrensstufe mit dem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden. Alsdann wird die Behandlungskammer in einer zweiten Verfahrensstufe bis zum Erreichen eines vorgebbaren Druckes mit dem Kühlgas geflutet. Nach dieser alternativen Verfahrensdurchführung wird also zu Beginn des Abschreckprozesses das flüssige Kühlmedium in die Behandlungskammer eingeleitet und auf die in der Behandlungskammer befindlichen heißen Werkstücke geführt, das heißt die abzuschreckenden Werkstücke werden mit dem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt. Das flüssige Kühlmedium verdampft an der heißen Werkstückoberfläche, wodurch eine erste schnelle Abschreckreaktion bewirkt wird. Das durch Verdunstung des flüssigen Kühlmediums entstehende Kühlgas erhöht infolge der raschen Verdunstung des Kühlmediums schlagartig den Druck innerhalb der Behandlungskammer. Das infolge der Verdunstung des Kühlmediums entstehende Kühlgas dient als Basisgas für die sich an die erste Verfahrensstufe anschließende zweite Verfahrensstufe, in welcher von außen Kühlgas in den Innenraum der Behandlungskammer zugeführt und vorzugsweise umgewälzt wird. Der besondere Vorteil der zweiten alternativen Verfahrensdurchführung besteht darin, daß durch die direkte Beaufschlagung der abzuschreckenden Werkstücke mit flüssigem Kühlmedium eine besonders rasche Abkühlung der Werkstücke zu Beginn des Abschreckprozesses erreicht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können den vorbeschriebenen Verfahrensstufen weitere Verfahrensstufen nachfolgen, in denen Kühlgas in die Behandlungskammer eingeleitet wird und/oder die Werkstücke mit Kühlmedium beaufschlagt werden. Durch diese weiteren Verfahrensstufen kann eine besonders exakte Steuerung bzw. Regelung des Abschreckprozesses erreicht werden, wobei in Abhängigkeit einer gewünschten Werkstückabkühlung zu bestimmten Zeiten während des Abschreckvorganges Kühlgas und/oder Kühlmedium gezielt in die Behandlungskammer eingebracht werden können.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Behandlungskammer als Vakuumkammer ausgebildet ist und vor Beginn der Gasabschreckung evakuiert wird. So kann beispielsweise gemäß der zweiten alternativen Verfahrensdurchführung vorgesehen sein, daß das flüssige Kühlmedium in eine evakuierte oder unter geringem Druck von zum Beispiel 0,15 MPa stehende Behandlungskammer eingebracht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druck innerhalb der Behandlungskammer auf 0,11 MPa bis 6 MPa, vorzugsweise auf 1 MPa bis 4 MPa, mehr bevorzugt auf 2 MPa bis 3 MPa eingestellt wird. Dabei gilt, daß die Abschreckgeschwindigkeit und die Abschreckintensität um so höher sind, je größer der Druck innerhalb der Behandlungskammer eingestellt wird.

Um eine besonders effektive Abkühlung der Werkstücke zu erzielen, wird mit einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß das flüssige Kühlmedium auf die Werkstücke aufgesprüht wird. Das flüssige Kühlmedium wird also direkt auf die abzuschreckenden Werkstücke aufgegeben. Zudem wird infolge des Aufsprühens eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kühlmediums auf den abzuschreckenden Werkstücken erzielt, was eine sehr effiziente Abschreckung der Werkstücke zur Folge hat.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß als flüssiges Kühlmedium ein Kühlmedium mit einer Siedetemperatur kleiner 0°C, vorzugsweise kleiner –100°C verwendet wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß als flüssiges Kühlmedium flüssiger Stickstoff verwendet wird. Als Kühlgas ist Stickstoffgas bevorzugt. Flüssiger Stickstoff hat eine Siedetemperatur von –196°C und bewirkt beim Beaufschlagen der abzuschreckenden Werkstücke eine besonders rasche Abkühlung derselben. Der flüssige Stickstoff verdampft an der heißen Oberfläche der Werkstücke, wobei Stickstoff in gasförmiger Form entsteht. Als von außen zuzuführendes Kühlgas wird gleichsam Stickstoff eingesetzt, so daß die Atmosphäre in der Behandlungskammer ausschließlich Stickstoff enthält. Der im Zuge einer Verfahrensdurchführung verdampfte flüssige Stickstoff kann für anschließende Verfahrensdurchführungen als von außen zuzuführendes Kühlgas wiederverwendet werden, wobei es erforderlich sein kann, den Stickstoff vor einer Wiederverwendung zu reinigen.

In einer Abwandlung zur vorbeschriebenen Verfahrensdurchführung kann als Kühlgas auch Argon, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus diesen Gasen eingesetzt werden.

Die Atmosphäre innerhalb der Behandlungskammer wird vorzugsweise umgewälzt, wobei Gasgeschwindigkeiten von 5 m pro Sekunde bis 50 m pro Sekunde, vorzugsweise von 20 m pro Sekunde bis 40 m pro Sekunde erzeugt werden.

Vorrichtungsseitig wird zur Lösung der vorgenannten Aufgabe vorgeschlagen eine Vorrichtung zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke, und zwar insbesondere zur Durchführung des vorerläuterten Verfahrens, mit einer Behandlungskammer für die abzuschreckenden Werkstücke, einem strömungstechnisch mit der Behandlungskammer verbundenen Vorratsbehälter für ein Kühlgas sowie einem strömungstechnisch mit der Behandlungskammer verbundenen Vorratsbehälter für ein flüssiges Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Behandlungskammer ein Drucksensor angeordnet ist.

Die strömungstechnischen Verbindungen zwischen der Behandlungskammer und dem Vorratsbehälter für das Kühlgas einerseits sowie der Behandlungskammer und dem Vorratsbehälter für das flüssige Kühlmedium andererseits sind durch Rohrleitungen gebildet, die zwecks Steuerung bzw. Regelung des Prozesses vorzugsweise mittels entsprechender Ventile absperrbar sind.

Die Rohrleitung zwischen der Behandlungskammer und dem Vorratsbehälter für das flüssige Kühlmedium ist vorzugsweise wärmeisoliert, um so zu vermeiden, daß eine ungewollte, frühzeitige Verdunstung des flüssigen Kühlmediums einsetzt, bevor dieses bestimmungsgemäß auf die abzuschreckenden Werkstücke aufgebracht wird.

Wie vorstehend bereits beschrieben, ist es besonders bevorzugt, als flüssiges Kühlmedium flüssigen Stickstoff einzusetzen. In diesem Fall ist der Vorratsbehälter für das flüssige Kühlmedium ein Flüssigstickstoffbehälter.

Die Behandlungskammer ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung für Drücke von bis zu 6 MPa, vorzugsweise von bis zu 4 MPa ausgelegt.

Innerhalb der Behandlungskammer befindet sich eine Gasumwälzeinrichtung, die beispielsweise durch ein in der Behandlungskammer angeordnetes Lüfterrad einerseits und einen außerhalb der Behandlungskammer befindlichen und das Lüftungsrad antreibenden Motor gebildet ist.

Innerhalb der Behandlungskammer befindet sich erfindungsgemäß des weiteren ein Drucksensor. Des weiteren kann auch ein Temperatursensor vorgesehen sein. Die Verwendung eines Temperatursensors ermöglicht es, den Temperaturverlauf innerhalb der Behandlungskammer bzw. die Werkstücktemperatur der abzuschreckenden Werkstücke zu ermitteln und auf Basis der vom Temperatursensor gelieferten Meßwerte gezielt auf den Abschreckprozeß Einfluß zu nehmen, beispielsweise dadurch, daß zu bestimmten Zeiten während der Verfahrensdurchführung zusätzliches Kühlgas bzw. zusätzliches Kühlmedium in die Behandlungskammer eingebracht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Regelungseinrichtung vorgesehen, die mittels des Drucksensors den Druck innerhalb der Behandlungskammer mißt und ein dem gemessenen Druck entsprechendes Signal abgibt, die mit einer Vergleichsschaltung dieses Signal mit einem vorgebbaren Druckvergleich und bei Gleichheit die Zufuhr von Kühlgas und/oder von flüssigem Kühlmedium beendet. Die vorbeschriebene Regelung ermöglicht eine sehr genaue Prozeßführung, wobei für eine solche Prozeßführung nicht nur die vom Drucksensor, sondern auch die vom Temperatursensor gelieferten Maßwerte berücksichtigt werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Fign. Dabei zeigen.
1 in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung und
2 ein Kühlkurvendiagramm.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung 1. Diese verfügt über eine Behandlungskammer 2 für die abzuschreckenden Werkstücke 9, einen Vorratsbehälter 3 für das Kühlgas 10 sowie einen Vorratsbehälter 4 für das flüssige Kühlmedium 11. Der Vorratsbehälter 3, auch Pufferbehälter genannt, steht über eine Rohrleitung 5 mit dem Innenraum der Behandlungskammer in strömungstechnischer Verbindung. Die Rohrleitung 5 ist mittels eines Ventils 7 absperrbar, was es ermöglicht, den Zufluß an Kühlgas 10 aus dem Vorratsbehälter 3 in die Behandlungskammer 2 zu regulieren. Der Vorratsbehälter 4 für das flüssige Kühlmedium 11 steht mit dem Innenraum der Behandlungskammer 2 über die Rohrleitung 6 in strömungstechnischer Verbindung, welche Rohrleitung 6 vorzugsweise wärmeisoliert ausgebildet ist. Das behandlungskammerseitige Ende der Rohrleitung 6 bildet einen Sprühkopf aus, mittels welchem das flüssige Kühlmedium 11 auf die abzuschreckenden Werkstücke 9 aufgesprüht werden kann. In die Rohrleitung 6 ist ein Ventil 8 integriert, mittels dem der Zufluß an flüssigem Kühlmedium 11 steuer- bzw. regelbar ist.
Die Behandlungskammer 2 verfügt des weiteren über zwei Gasumwälzeinrichtungen 12, wobei eine jede Gasumwälzeinrichtung 12 ein innerhalb der Behandlungskammer 2 angeordnetes Umwälzrad 14 sowie einen außerhalb der Behandlungskammer 2 angeordneten Motor aufweist. In der Ausgestaltungsform nach 1 verfügt die Abschreckvorrichtung 1 über insgesamt zwei Gasumwälzeinrichtungen 12, wobei es sich von selbst versteht, daß auch mehr als zwei Gasumwälzeinrichtungen 12 zum Einsatz kommen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Verwendung der vorbeschriebenen Abschreckeinrichtung wie folgt durchgeführt werden, wobei zwei Alternativen möglich sind, die im nachfolgenden beschrieben werden sollen.
In einer ersten Verfahrensalternative werden die abzuschreckenden Werkstücke 9 in einem ersten Verfahrensschritt zunächst mit dem flüssigen Kühlmedium 11 beaufschlagt, welches Kühlmedium vorzugsweise flüssiger Stickstoff ist. Der an der Werkstückoberfläche der Werkstücke 9 verdampfende flüssige Stickstoff bewirkt dabei eine erste schnelle Abschreckung der heißen Werkstücke 9. Das dabei entstehende Stickstoffgas erhöht schlagartig den Stickstoffgasdruck innerhalb der Behandlungskammer 2. In einem zweiten Verfahrensschritt wird sodann Kühlgas in Form von vorzugsweise Stickstoffgas aus dem Vorratsbehälter 3 in die Behandlungskammer 2 eingeführt. Der Druck innerhalb der Behandlungskammer 2 kann dabei bis auf 6 MPa ansteigen. Mittels der Gasumwälzeinrichtungen 12 wird die Stickstoffgasatmosphäre innerhalb der Behandlungskammer 2 umgewälzt, wobei Gasströmungsgeschwindigkeiten von bis zu 50 m pro Sekunde erzeugt werden können, wie durch die mit 10 gekennzeichneten Pfeile schematisch angedeutet.
In einer alternativen Verfahrensdurchführung wird die Behandlungskammer 2 zunächst mit Stickstoffgas schlagartig geflutet, wobei das Stickstoffgas aus dem Vorratsbehälter 3 über die Rohrleitung 5 in die Behandlungskammer 2 eingeführt wird. In vorbeschriebener Weise wird die Stickstoffgasatmosphäre mittels der Gasumwälzeinrichtungen 12 umgewälzt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Werkstücke 9 zu einem bestimmten Verfahrenszeitpunkt mit flüssigem Kühlmedium beaufschlagt, das über den Vorratsbehälter 4 und die Rohrleitung 6 in die Behandlungskammer 2 gelangt und auf die Werkstücke 9 aufgesprüht wird.
Einen beispielhaften Temperaturverlauf zeigt das Kühlkurvendiagramm nach 2.
In dem Kühlkurvendiagramm nach 2 ist auf der y-Achse die Temperatur in °C und auf der x-Achse die Kühltemperatur abgetragen. Die gestrichelte und mit dem Bezugszeichen 15 versehene Linie zeigt den Abkühlungsverlauf einer Verfahrensdurchführung nach dem Stand der Technik, das heißt ohne zusätzliche Zuführung von flüssigem Kühlmedium.
Die durchgezogene und mit 16 bezeichnete Kurve zeigt eine Verfahrensdurchführung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei als Kühlgas Stickstoffgas verwendet wurde, das mit 15 m pro Sekunde bis zur Erzielung eines Drucks von 2 MPa in die Behandlungskammer 2 eingeführt wurde. Zum Zeitpunkt t₀, das heißt zu Beginn des Abschreckprozesses wurden die abzuschreckenden Werkstücke 9 mit flüssigem Kühlmedium, das heißt flüssigem Stickstoff beaufschlagt. Wie ein Vergleich der beiden Kurven 15 und 16 erkennen läßt, konnte mit einer Verfahrensdurchführung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr viel schnellere Abkühlung der abzuschreckenden Werkstücke 9 erreicht werden.
Die durchgezogenen und mit 17 und 18 gekennzeichneten Kurven zeigen gleichfalls eine Verfahrensdurchführung nach der Erfindung, wobei im Unterschied zur Verfahrensdurchführung gemäß Kurve 16 die Behandlungskammer 2 zunächst mit Stickstoffgas geflutet wurde, bevor die Werkstücke 9 dann in einem zweiten Verfahrensschritt mit flüssigem Stickstoff besprüht wurden. Dabei zeigt der Kurvenverlauf gemäß Kurve 17 eine Verfahrensdurchführung, gemäß welcher die Werkstücke 9 mit flüssigem Stickstoff zum Zeitpunkt t₁ beaufschlagt wurden, wohingegen die Kurve 18 eine Verfahrensdurchführung zeigt, gemäß welcher die Werkstücke 9 zu einem im Vergleich zum Kurvenverlauf gemäß Kurve 17 zu einem späteren Zeitpunkt, nämlich zum Zeitpunkt t₂ mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt wurden. Wie die Kurven 17 und 18 erkennen lassen, konnten auch bei dieser Verfahrensdurchführung nach der Erfindung erheblich höhere Abkühlgeschwindigkeiten erreicht werden. Darüber hinaus lassen die Kurven 17 und 18 erkennen, daß der Zeitpunkt einer besonders raschen Abkühlgeschwindigkeit gezielt dadurch ausgewählt werden kann, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Werkstücke 9 mit dem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden.
In Abwandlung zu den in Fig. gezeigten Kühlkurven ist es natürlich auch möglich, die abzuschreckenden Werkstücke 9 im Zuge einer Verfahrensdurchführung nicht nur einmal sondern mehrmals mit flüssigem Kühlmedium zu beaufschlagen.

1: Abschreckvorrichtung
2: Behandlungskammer
3: Vorratsbehälter für das Kühlgas
4: Vorratsbehälter für das flüssige Kühlmedium
5: Rohrleitung
6: Rohrleitung
7: Ventil
8: Ventil
9: Werkstücke
10: Kühlgas
11: Kühlmedium
12: Gasumwälzeinrichtung
13: Motor
14: Umwälzrad
15: Kurve
16: Kurve
17: Kurve
18: Kurve

Claims

Verfahren zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke (9) in einer Behandlungskammer (2), bei dem die Behandlungskammer (2) mit einem Kühlgas (10) geflutet wird, wobei die Werkstücke (9) des weiteren mit einem flüssigen Kühlmedium (11) beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Kühlmedium (11) flüssiger Stickstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mehrstufige Verfahrensdurchführung, wobei die Behandlungskammer (2) in einer ersten Verfahrensstufe bis zum Erreichen eines vorgebbaren Drucks mit dem Kühlgas (10) geflutet wird und anschließend die Werkstücke (9) in einer zweiten Verfahrensstufe mit dem flüssigen Kühlmedium (11) beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mehrstufige Verfahrensdurchführung, wobei die Werkstücke (9) in einer ersten Verfahrensstufe mit dem flüssigen Kühlmedium (11) beaufschlagt werden und anschließend die Behandlungskammer (2) bis zum Erreichen eines vorgebbaren Drucks mit dem Kühlgas (10) geflutet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch weitere Verfahrensstufen, in denen Kühlgas (10) in die Behandlungskammer (2) eingeleitet wird und/oder die Werkstücke (9) mit Kühlmedium (11) beaufschlagt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (2) vor Beginn der Gasabschreckung evakuiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Behandlungskammer (2) auf 0,11 MPa bis 6 MPa eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmedium (11) auf die Werkstücke (9) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Kühlmedium (11) ein Kühlmedium (11) mit einer Siedetemperatur kleiner 0°C verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas (10) Stickstoff, Argon, Helium und/oder Wasserstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre innerhalb der Behandlungskammer (2) umgewälzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Behandlungskammer (2) Gasgeschwindigkeiten von 5 m pro Sekunde bis 50 m pro Sekunde erzeugt werden.
Vorrichtung zur Gasabschreckung wärmebehandelter, metallischer Werkstücke (9), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Behandlungskammer (2) für die abzuschreckenden Werkstücke (9), einem strömungstechnisch mit der Behandlungskammer (2) verbundenen Vorratsbehälter (3) für ein Kühlgas (10) sowie einem strömungstechnisch mit der Behandlungskammer (2) verbundenen Vorratsbehälter (4) für ein flüssiges Kühlmedium (11), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Behandlungskammer (2) ein Drucksensor angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungstechnischen Verbindungen zwischen der Behandlungskammer (2) und dem Vorratsbehälter (3) für das Kühlgas (10) einerseits sowie der Behandlungskammer (2) und dem Vorratsbehälter (4) für das flüssige Kühlmedium (11) andererseits durch Rohrleitungen (5, 6) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (6) zwischen der Behandlungskammer (2) und dem Vorratsbehälter (4) für das flüssige Kühlmedium (11) wärmeisoliert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (4) für das flüssige Kühlmedium (11) ein Flüssigstickstoffbehälter ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (2) für Drücke von bis zu 6 MPa ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Behandlungskammer (2) eine Gasumwälzeinrichtung (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die mittels des Drucksensors den Druck innerhalb der Behandlungskammer (2) mißt und ein dem gemessenen Druck entsprechendes Signal abgibt, die mit einer Vergleichsschaltung dieses Signal mit einem vorgebbaren Druck vergleicht und bei Gleichheit die Zufuhr von Kühlgas (10) und/oder von flüssigem Kühlmedium (11) beendet.