DE102007012180B3

DE102007012180B3 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbzeugen aus Metall

Info

Publication number: DE102007012180B3
Application number: DE200710012180
Authority: DE
Inventors: Andreas Breloer; Dieter Uschkoreit
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-03-15

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbzeugen aus Metall, insbesondere Stahl, vornehmlich in Form eines vorgeformten Bauteiles oder einer Platine, in einem Durchlaufofen, insbesondere Rollenherdofen, das sich dadurch auszeichnet, dass das Halbzeug (4) in eine erste Zone (6) des Durchlaufofens (1) eingebracht wird, die auf eine erste Temperatur eingestellt ist, nachfolgend das Halbzeug (4) teilweise in eine in Durchlaufrichtung des Halbzeuges (4) folgende zweite Zone (7) des Durchlaufofens (1) transportiert wird, die auf eine zweite gegenüber der ersten Temperatur unterschiedliche Temperatur eingestellt ist, so dass sich ein erster Teilbereich des Halbzeugs (4) in der ersten Zone (6) und ein zweiter Teilbereich des Halbzeugs (4) in der zweiten Zone (7) befindet, dass dann das Halbzeug (4) in dieser Lage verbleibt bis seine Teilbereiche die Temperatur der beiden Zonen (6, 7) angenommen haben, und dass dann das so erwärmte Halbzeug (4) einem nachfolgenden Behandlungs- und/oder Umformprozess zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbzeugen aus Metall, insbesondere Stahl, vornehmlich in Form eines vorgeformten Bauteils oder einer Platine, in einem Durchlaufofen, insbesondere Rollenherdofen.
Zur Wärmebehandlung von Blechplatinen oder Halbzeugen ist es üblich, diese vor der Umformung und dem Härten in einem Durchlaufofen, beispielsweise einem Rollenherdofen, auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen und gegebenenfalls über eine bestimmte Zeitdauer auf dieser Temperatur zu halten. Nachteilig ist dabei, dass keine Möglichkeit besteht, die entsprechende Blechplatine oder das Halbzeug partiell in unterschiedlichen Bereichen einer unterschiedlichen Wärmebehandlung zu unterwerfen.
Aus der DE 102 56 621 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteiles mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität aus einem Halbzeug aus härtbarem Stahl mit einer Erwärmung in einem Durchlaufofen und einem Härteprozess beschrieben.
Des Weiteren ist dort auch ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteiles mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Duktilität aus einem Halbzeug aus gehärtetem Stahl mit einer Erwärmung in einem Durchlaufofen beschrieben.
Um ein Bauteil so zu behandeln, dass es lokale Bereiche höherer Festigkeit oder höherer Duktilität aufweist, beschreibt die DE 197 43 802 C2 ein Verfahren, bei dem eine Ausgangsplatine vor oder nach dem Pressen nur partiell erwärmt oder bei einer vorausgegangenen homogenen Erwärmung in den Bereichen mit gewünschter höherer Duktilität gezielt nach erwärmt wird. Vorzugsweise geschieht die partielle Erwärmung induktiv.
Um ein solches Verfahren für die Massenproduktion tauglicher zu machen, schlägt die DE 102 56 621 B3 prinzipiell eine Lösung vor, wonach die Platine oder das vorgeformte Bauteil während des Transports durch einen Durchlaufofen gleichzeitig mindestens zwei nebeneinander in Durchlaufrichtung angeordnete Zonen des Durchlaufofens mit unterschiedlichem Temperaturniveau durchläuft. Dadurch erwärmt sich das Halbzeug in den Bereichen der unterschiedlichen Temperaturzonen unterschiedlich. Anschließend kann das auf diese Weise unterschiedlich stark erwärmte Halbzeug einem Warmformprozess und/oder einem Härteprozess unterworfen werden, so dass unterschiedliche Gefügestrukturen in unterschiedlichen Bereichen des Bauteiles erreicht werden können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei dem mit alternativen Maßnahmen ein hervorragendes Ergebnis erreicht wird. Darüber hinaus soll die Erfindung auch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schaffen.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass das Halbzeug in eine erste Zone des Durchlaufofens eingebracht wird, die auf eine erste Temperatur eingestellt ist, nachfolgend das Halbzeug teilweise in eine in Durchlaufrichtung des Halbzeuges folgende zweite Zone des Durchlaufofens transportiert wird, die auf eine zweite gegenüber der ersten Temperatur unterschiedliche Temperatur eingestellt ist, so dass sich ein erster Teilbereich des Halbzeugs in der ersten Zone und ein zweiter Teilbereich des Halbzeugs in der zweiten Zone befindet, dass dann das Halbzeug in dieser Lage verbleibt bis seine Teilbereiche die Temperatur der beiden Zonen angenommen haben, und dass dann das so erwärmte Halbzeug einem nachfolgenden Behandlungs- und/oder Umformprozess zugeführt wird.
Gemäß der Erfindung ist beispielsweise der Durchlaufofen in zwei hintereinander befindliche Zonen aufgeteilt, so dass das über den Rollgang des Durchlaufofens zugeführte Halbzeug zunächst in die erste Zone des Durchlaufofens gelangt, die auf eine erste Temperatur eingestellt ist, und bei weiterem Transport das Halbzeug dann teilweise in die in Durchlaufrichtung des Halbzeugs folgende zweite Zone des Durchlaufofens gelangt. Der Transportweg des Halbzeuges wird so gesteuert, dass der Bereich des Halbzeuges, der in der ersten Zone liegen soll, dort positioniert ist, während der Bereich des Halbzeugs, der in der zweiten Zone liegen soll, ebenfalls dort exakt positioniert ist. In dieser Lage verbleibt das Halbzeug, bis die gewünschte Temperatur hinsichtlich der Teilbereiche des Halbzeuges erreicht ist. Nachfolgend wird dann das erwärmte Halbzeug nachfolgenden Behandlungs- und/oder Umformprozessen zugeführt. Das Abfördern des Halbzeuges aus dem Durchlaufofen wird vorzugsweise mit erhöhter Geschwindigkeit vorgenommen, damit die gewünschten Temperaturen des Halbzeuges beibehalten werden, bis das Halbzeug die nächste Bearbeitungs- oder Behandlungsstation erreicht hat.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Temperatur höher eingestellt ist als die zweite Temperatur.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die erste Temperatur niedriger eingestellt ist als die zweite Temperatur.
Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass die Verweilzeit des Halbzeugs in der ersten Zone so eingestellt ist, dass das Halbzeug die erste Temperatur annimmt.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass das Halbzeug, nachdem es insgesamt auf die erste Temperatur in der ersten Zone erwärmt wurde, in Durchlaufrichtung durch den Durchlaufofen in eine Position überführt wird, in der sich ein erster Teilbereich des Halbzeugs in der ersten Zone und ein zweiter Teilbereich des Halbzeugs in der zweiten Zone befindet, wobei das Halbzeug in dieser Lage verweilt bis beide Teilbereiche die Temperatur der jeweiligen Zone angenommen haben.
In an sich bekannter Weise kann vorgesehen sein, dass die Erwärmung in mindestens einer der beiden Zonen unter Schutzgasatmosphäre erfolgt.
Ein Durchlaufofen zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 7 (Oberbegriff) angegeben. Ein solcher Durchlaufofen ist aus der DE 1 114 841 A bekannt. Um eine entsprechende zonenweise Behandlung des durch den Ofen transportieren Halbzeuges zu erreichen wird vorgeschlagen, dass in jeder Zone oberseitig ein Ventilator mit außen liegendem Antriebsmotor angeordnet ist und, dass jede Zone eine Zuführleitung für Luft, Schutzgas und/oder die Rückführung von aus der Zonenatmosphäre abgezogenem Gas aufweist, die jeweils im Bereich der Anordnung eines entsprechenden Ventilators in die Zone einmündet, wobei jeweils bodennah von jeder Zone eine Abzugsleitung abgeht, die außen liegend der Zone mit der Zuführleitung verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 8 bis 10 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
1 einen Rollenherdofen im Mittellängsschnitt gesehen;
2 desgleichen im Schnitt II-II der 1 gesehen;
3 desgleichen im Schnitt III-III der 1 gesehen.
In der Zeichnung ist ein als Rollenherdofen ausgebildeter Durchlaufofen 1 gezeigt.
Wie insbesondere in 1 ersichtlich, weist der Ofen links eine Tür 2 zur Beschickung und rechts eine Tür 3 zur Entnahme auf. Auf den Rollengang des Durchlaufofens 1 sind Halbzeuge 4 aus Metall aufgelegt. Der Ofenraum ist durch eine isolierte Zwischenwand 5, die sich quer zur Beschickungsrichtung erstreckt, in zwei Teilofenräume 6, 7 aufgeteilt. Der Spalt zwischen dem unteren Ende der Zwischenwand 5 und dem Rollengang kann durch Verstellung der Zwischenwand 5 eingestellt werden. Zusätzlich ist am Boden der Ofenkammer unterhalb des Rollengangs ebenfalls ein Stück isolierte Trennwand vorgesehen. Durch diese Ausbildung wird zwischen dem unteren Ende der Zwischenwand 5 und dem Rollengang ein Spalt gebildet, durch den das Halbzeug 4 bewegbar ist. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, können gleichzeitig mehrere Halbzeugstücke in den Ofen eingebracht werden und wunschgemäß positioniert werden.
Beide Teilofenräume 6, 7 weisen Heizungen 8, 9 auf, so dass die Ofenräume unterschiedlich beheizt werden können. Zusätzlich können auch Umwälzeinrichtungen zur Umwälzung und/oder Kühlung der Ofenatmosphäre sowie eine Einrichtung zur Zuführung und Abführung von Luft und/oder Schutzgas vorgesehen sein. Die entsprechenden Aggregate, die den Teilofenräumen 6 bzw. 7 zugeordnet sind, können separat eingestellt und geregelt werden.
Im Ausführungsbeispiel ist die Heizung 8, 9 für jeden Teilofenraum 6, 7 als Gasbrenner ausgebildet. Oberseitig des zweiten Teilofenraumes 7 sind Ventilatoren 10 mit außen liegendem Antriebsmotor vorgesehen. Jeder Teilofenraum weist zudem beispielsweise eine Zuführleitung 11, 12 für Luft und/oder Schutzgas und die Rückführung von aus der Teilofenatmosphäre abgezogenem Gas auf. Zudem kann jeder Teilofen Leitungsanschlüsse 13, 14 zur Umwälzung der Ofenatmosphäre gegebenenfalls mit Kühlung aufweisen. Die entsprechenden Leitungen 11, 12 respektive 13, 14 münden jeweils im Bereich der Ventilatoren 10 oben in die Teilöfen ein. Bodennah ist in jedem Teilofen eine Abzugsleitung vorgesehen, die wiederum an das Leitungssystem 11, 12 bzw. 13, 14 angeschlossen ist. In die Umwälzleitung 13, 14 ist jeweils eine Umwälzpumpe und ein Kühlaggregat integriert, so dass die Ofenatmosphäre über diese Leitungen umgewälzt und gegebenenfalls gekühlt werden kann. In den Leitungskreisen 11, 12 kann jeweils eine Abfackeleinrichtung vorgesehen sein, mit der brennbare Bestandteile des aus dem Teilofen abgezogenen Abgases abgefackelt werden kann. Mit einem derart gestalteten Durchlaufofen kann Halbzeug, beispielsweise ein vorgeformtes Bauteil oder eine Platine, über den Rollengang in den Ofen eingebracht werden, so dass ein Teilbereich des Halbzeugs in der ersten Kammer 6 und ein weiterer Teilbereich in der zweiten Ofenkammer 7 liegt. In der ersten Ofenkammer 6 kann das zu behandelnde Gut beispielsweise auf 950°C erwärmt werden. Im zweiten Teilbereich 7 kann beispielsweise eine Erwärmung auf nur 700°C erfolgen. Die Verweilzeit der Formteile ist so gewählt, dass sie die entsprechende Temperatur annehmen und dann im Schnellgang aus dem Durchlaufofen abgefördert werden. Je nach Qualität des Halbzeuges ist es auch möglich, eine der Kammern nur auf Raumtemperatur zu heizen und die andere Kammer auf eine gewünschte höhere Temperatur. Auch ist es möglich, die erste Kammer 6 auf niedrige Temperatur zu erhitzen und die zweite Kammer 7 auf höhere Temperaturen. Durch die Aufteilung des Ofenraumes in zwei Temperaturzonen ist eine gleichzeitige unterschiedliche Erwärmung des jeweiligen Teiles möglich. Dadurch dass die beiden Zonen in Durchlaufrichtung des Durchlaufofens hintereinander angeordnet sind, ist es möglich, mehrere Formteile nebeneinander gleichzeitig zuzuführen oder auch relativ lange Bauteile entsprechend temperaturmäßig zu behandeln.
Gegebenenfalls ist es mit der Erfindung auch möglich, mehr als zwei Zonen hintereinander in einem Durchlaufofen auszubilden, indem eine weitere Trennwand eingebracht wird und weitere Zonen eingerichtet werden, die auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt werden können.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbzeugen (4) aus Metall, insbesondere Stahl, vornehmlich in Form eines vorgeformten Bauteiles oder einer Platine, in einem Durchlaufofen (1), insbesondere Rollenherdofen, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (4) in eine erste Zone (6) des Durchlaufofens (1) eingebracht wird, die auf eine erste Temperatur eingestellt ist, nachfolgend das Halbzeug (4) teilweise in eine in Durchlaufrichtung des Halbzeuges (4) folgende zweite Zone (7) des Durchlaufofens (1) transportiert wird, die auf eine zweite gegenüber der ersten Temperatur unterschiedliche Temperatur eingestellt ist, so dass sich ein erster Teilbereich des Halbzeugs (4) in der ersten Zone (6) und ein zweiter Teilbereich des Halbzeugs (4) in der zweiten Zone (7) befindet, dass dann das Halbzeug (4) in dieser Lage verbleibt bis seine Teilbereiche die Temperatur der beiden Zonen (6, 7) angenommen haben, und dass dann das so erwärmte Halbzeug (4) einem nachfolgenden Behandlungs- und/oder Umformprozess zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher eingestellt ist als die zweite Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur niedriger eingestellt ist als die zweite Temperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Halbzeugs (4) in der ersten Zone (6) so eingestellt ist, dass das Halbzeug (4) die erste Temperatur annimmt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (4), nachdem es insgesamt auf die erste Temperatur in der ersten Zone (6) erwärmt wurde, in Durchlaufrichtung durch den Durchlaufofen (1) in eine Position überführt wird, in der sich ein erster Teilbereich des Halbzeugs (4) in der ersten Zone (6) und ein zweiter Teilbereich des Halbzeugs (4) in der zweiten Zone (7) befindet, wobei das Halbzeug (4) in dieser Lage verweilt bis beide Teilbereiche die Temperatur der jeweiligen Zone angenommen haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung in mindestens einer der beiden Zonen (6, 7) unter Schutzgasatmosphäre erfolgt.
Durchlaufofen (1), insbesondere Rollenherdofen, zur Wärmebehandlung von Halbzeug (4) aus metallischen Werkstoffen, mit einem Ofenraum mit Beschickungs- und Entnahmeöffnung, mit einer Heizung (8, 9) für den Ofenraum, sowie mit einer Umwälzeinrichtung zur Umwälzung und/oder Kühlung der Ofenatmosphäre und mit einer Einrichtung zur Zuführung und Abführung von Luft und/oder Schutzgas zum beziehungsweise von dem Ofenraum, wobei der Ofenraum durch mindestens eine Zwischenwand (5) in mindestens zwei Zonen (6, 7) geteilt ist, zwischen dem Ende der Zwischenwand (5), das dem Rollgang oder der Halbzeugauflage des Ofens zugewandt ist, und der Halbzeugauflage ein Durchlassspalt gebildet ist, der eine Höhe aufweist, die mindestens gering höher als die Höhe des Halbzeugs (4) ist, jede Zone (6, 7) mindestens eine Heizung (8, 9), mindestens eine Umwälzeinrichtung zur Umwälzung und/oder Kühlung und mindestens eine Einrichtung zur Zuführung oder Abführung von Luft und/oder Schutzgas aufweist, und die Aggregate der Zonen (6, 7) separat einstellbar und regelbar sind, wobei sich die Zwischenwand (5) quer zur Beschickungsrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zone (6, 7) oberseitig ein Ventilator mit außen liegendem Antriebsmotor angeordnet ist und, dass jede Zone (6, 7) eine Zuführleitung für Luft, Schutzgas und/oder die Rückführung von aus der Zonenatmosphäre abgezogenem Gas aufweist, die jeweils im Bereich der Anordnung eines entsprechenden Ventilators in die Zone einmündet, wobei jeweils bodennah von jeder Zone eine Abzugsleitung abgeht, die außen liegend der Zone mit der Zuführleitung verbunden ist.
Durchlaufofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung für jede Zone (6, 7) als Gasbrenner gegebenenfalls mit Strahlrohr ausgebildet ist.
Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Umwälzeinrichtung eine Umwälzpumpe und ein Kühlaggregat aufweist.
Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Leitungskreis für Luft und/oder Schutzgasabzug eine Abfackeleinrichtung für brennbare Bestandteile des aus der Zone abgezogenen Abgases vorgesehen ist.