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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen, und insbesondere ein Verfahren zur Wärmebehandlung, bei dem die mechanischen Eigenschaften von Metallmaterialien durch das Festlegen der Abkühlgeschwindigkeit geändert werden können.
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Stand der Technik
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In Metallverarbeitungsverfahren können die mechanischen Eigenschaften von metallischen Materialien durch das Wärmebehandlungsverfahren verändert werden. Als Beispiel wird im Folgenden das Wärmebehandlungsverfahren von Stahlmaterial beschrieben. Nachdem ein Stahlmaterial auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wurde, kann das Stahlmaterial mittels einer Kühleinrichtung abgekühlt werden, wobei die Struktur des Stahlmaterials durch die Wahl der Abkühlgeschwindigkeit des Stahlmaterials mittels der Kühleinrichtung verändert werden kann, wodurch das Stahlmaterial bestimmte spezifische mechanische Eigenschaften, wie z. B. eine bestimmte Härte und Duktilität, besitzen kann.
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Es wird auf
1 Bezug genommen, welche eine Herstellungsvorrichtung
9 für warmgewalzte Stahlbleche offenbart. Bei der Herstellungsvorrichtung
9 sind entlang einer Transportrichtung für das Stahlmaterials S nacheinander eine Warmwalzmaschine
91, eine schnelle Kühleinheit
92 und eine Kühleinheit mit Temperaturwechselfunktion
93 angeordnet. Wenn das Stahlmaterial S durch die Warmwalzmaschine
91 in eine vorbestimmte Form gebracht wurde, kann das Stahlmaterial S außerdem zur schnellen Abkühlung anschließend mittels der schnellen Kühleinheit
92 abgekühlt werden. Abschließend gelangt das Stahlmaterial S in die Kühleinheit mit der Temperaturwechselfunktion
93. Die Temperatur des Stahlmaterials S lässt sich mittels der Kühleinheit mit der Temperaturwechselfunktion
93 auf eine vorbestimmte Temperatur einstellen, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Stahlmaterials S bestimmt werden. Ein unter Verwendung der obigen Herstellungsvorrichtung
9 ausgeführtes Wärmebehandlungsverfahren ist im taiwanesischen Patent
TW1445581 beschrieben.
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Allerdings lassen sich die mechanischen Eigenschaften des Stahlmaterials S nicht nur durch unterschiedliche Kühltemperaturen sondern auch durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten einstellen. Wenn bei herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren nur die Kühltemperatur festgelegt wird, aber die Abkühlgeschwindigkeit unberücksichtigt bleibt, können mithilfe des herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahrens keine spezifischen mechanischen Eigenschaften für die Stahlmaterialien oder anderen metallischen Materialien erzielt werden.
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Angesichts des obigen Problems wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen bereitgestellt, um das Problem zu beseitigen, dass in herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren für metallische Materialien keine spezifischen mechanischen Eigenschaften erzielbar sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallen, mit welchem die mechanischen Eigenschaften des metallischen Materials durch die Festlegung der Abkühlgeschwindigkeit verändert werden können. Das Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen hat die Funktion der Herstellung von metallischen Materialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen, weist die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Merkmale auf.
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Ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen umfasst die nachfolgenden Schritte. Ein metallisches Material wird mittels einer Heizeinrichtung bis auf eine erste Temperatur erwärmt. Mittels einer Kühleinrichtung wird ein schneller Abkühlvorgang für das metallische Material durchgeführt. Die Temperatur des metallischen Materials wird von der ersten Temperatur schnell auf eine zweite Temperatur gesenkt. Hierbei weist der schnelle Abkühlvorgang eine Abkühlgeschwindigkeit auf, bei welcher das metallische Material schnell gekühlt wird, wobei die schnelle Abkühlgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 80°C/s und 200°C/s liegt. Bei dem vorab beschriebenen Verfahren kann die Abkühlgeschwindigkeit des metallischen Materials eingestellt werden, wodurch ein metallisches Material mit spezifischen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden kann.
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Hierbei weist die Kühleinrichtung einen Spritzmechanismus auf. Mithilfe des Spritzmechanismus wird zum Abkühlen der metallischen Materialien ein schneller Abkühlvorgang durch das Verspritzen einer Kühlflüssigkeit durchgeführt.
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Hierbei stellt der Spritzmechanismus für den schnellen Abkühlvorgang beim Spritzen der Kühlflüssigkeit einen Hochgeschwindigkeitsspritzvolumenstrom bereit, wobei der Hochgeschwindigkeitsspritzvolumenstrom in einem Bereich zwischen 60 L/min und 1000 L/min liegt, sodass durch die schnelle Abkühlung metallische Materialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
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Hierbei stellt der Spritzmechanismus beim schnellen Abkühlvorgang beim Kontakt der vom Spritzmechanismus verspritzten Kühlflüssigkeit mit den metallischen Materialien einen Hochgeschwindigkeitsspritzdruck bereit, wobei der Hochgeschwindigkeitsspritzdruck in einem Bereich zwischen 70 bar und 300 bar liegt, sodass durch die schnelle Abkühlung metallische Materialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
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Hierbei wird mittels der Kühleinrichtung ein langsamer Abkühlvorgang für das metallische Material durchgeführt, wodurch die Temperatur des metallischen Materials von einer zweiten Temperatur langsam auf eine dritte Temperatur gesenkt wird, wobei der langsame Abkühlvorgang eine Abkühlgeschwindigkeit aufweist, durch welche das metallische Material langsam abgekühlt wird, wobei die langsame Abkühlgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 50°C/s und 80°C/s liegt. Durch das obige Verfahren kann die Abkühlgeschwindigkeit des metallischen Materials eingestellt werden, wodurch metallische Materialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden können.
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Hierbei weist die Kühleinrichtung einen Spritzmechanismus auf. Der Spritzmechanismus ermöglicht die Durchführung eines langsamen Abkühlvorgang, wobei eine Abkühlung der metallischen Materialien durch das Spritzen einer Kühlflüssigkeit erfolgt.
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Hierbei stellt der Spritzmechanismus bei einem langsamen Abkühlvorgang beim Spritzen der Kühlflüssigkeit einen Niedriggeschwindigkeitsspritzvolumenstrom bereit, wobei der Niedriggeschwindigkeitsspritzvolumenstrom in einem Bereich zwischen 20 L/min und 60 L/min liegt, sodass durch die langsame Abkühlung metallische Materialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
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Hierbei stellt der Spritzmechanismus bei einem langsamen Abkühlvorgang beim Kontakt der vom Spritzmechanismus verspritzten Kühlflüssigkeit mit den metallischen Materialien einen Niedriggeschwindigkeitsspritzdruck bereit, wobei der Niedriggeschwindigkeitsspritzdruck in einem Bereich zwischen 30 bar und 70 bar liegt, sodass durch eine langsame Abkühlung metallische Materialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
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Hierbei weist die Kühleinrichtung einen Fördermechanismus auf, wobei das metallische Material bei der Abkühlung vom Fördermechanismus zu einer Bewegung entlang einer Förderrichtung angetrieben wird, um das metallische Material zu befördern.
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Hierbei weist die Kühleinrichtung einen Spritzmechanismus auf. Das metallische Material wird durch das Spritzen einer Kühlflüssigkeit mittels des Spritzmechanismus abgekühlt. Die Kühlflüssigkeit weist eine Bewegungsrichtung auf, wobei ein Neigungswinkel zwischen der Bewegungsrichtung und der Förderrichtung vorgesehen ist, wobei der Neigungswinkel in einem Bereich zwischen 15° und 90° liegt, wodurch ein geeigneter Wärmeaustausch aufrechterhalten wird und der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Wegspüleffekt des auf der Metallmaterialoberfläche befindlichen Gasfilms bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs verbessert wird, wobei ferner der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Entfernungseffekt des auf der Metallmaterialoberfläche befindlichen Rosts bei der Durchführung des langsamen Abkühlvorgangs verbessert wird.
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Hierbei beträgt der Neigungswinkel 45°, wodurch ein geeigneter Wärmeaustausch aufrechterhalten und der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Wegspüleffekt des auf der Metallmaterialoberfläche befindlichen Gasfilms bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs verbessert wird und der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Entfernungseffekt des auf der Metallmaterialoberfläche befindlichen Rosts bei der Durchführung des langsamen Abkühlvorgangs verbessert wird.
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Hierbei wird das metallische Material bei seiner Abkühlung vom Fördermechanismus derart angetrieben, dass sich das metallische Material bei seiner Bewegung entlang einer Förderrichtung selbstständig um eine parallel zur Förderrichtung liegende Achse dreht, wodurch ein geeigneter Wärmeaustausch gewährleistet wird und der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Wegspüleffekt des auf der Metallmaterialoberfläche befindlichen Gasfilms bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs verbessert wird und der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Entfernungseffekt des auf der Metallmaterialoberfläche befindlichen Rosts bei der Durchführung des langsamen Abkühlvorgangs verbessert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Herstellungsvorrichtung,
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallen,
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallen,
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallen,
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallen.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Um die oben genannten und weitere Ziele sowie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung in vollem Umfang verständlich zu machen, wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
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Die Formulierung ”Temperatur des Metallmaterials” bezieht sich in der gesamten Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf die Temperatur der Oberfläche des metallischen Materials nach der Durchführung eines Erwärmungsvorgangs oder eines Abkühlvorgangs.
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Es wird auf 2 und 3 verwiesen, welche schematische Darstellungen einer Kühleinrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallen zeigen, wobei die Kühleinrichtung zur Durchführung der Abkühlung von metallischen Materialien dient, wobei die Kühleinrichtung einen Fördermechanismus 1 und einen Spritzmechanismus 2 umfasst, wobei der Spritzmechanismus 2 an einer Seite des Fördermechanismus 1 angeordnet ist.
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Der Fördermechanismus 1 weist eine Basis 11 und mehrere Rollen 12 auf. Die Basis 11 weist ein Zuführende 111, ein Ausgabeende 112 und eine Förderrichtung D1 auf. Die Förderrichtung D1 verläuft vom Zuführende 111 in Richtung des Ausgabeendes 112. Die mehreren Rollen 12 sind an der Basis 11 angeordnet. Die mehreren Rollen 12 weisen jeweils einen Förderabschnitt 121 auf, wobei der Durchmesser des Förderabschnitts 121 der mehreren Rollen 12 jeweils von den zwei gegenüberliegenden Enden in Richtung der Mitte des Förderabschnitts 121 abnimmt. Die axiale Richtung D2 der Drehwelle 122 der mehreren Rollen 12 und die Förderrichtung D1 verlaufen nicht parallel und nicht senkrecht zueinander. Ferner weist der Fördermechanismus 1 einen Antriebsmotor 13 auf. Zwei benachbarte Drehwellen 122 der Rollen 12 sind über eine Übertragungseinheit 14 miteinander verbunden. Die Kraftübertragung vom Antriebsmotor 13 auf die Drehwellen 122 der mehreren Rollen 12 wird mittels der mehreren Übertragungseinheiten 14 gewährleistet.
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Es wird auf 4 verwiesen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Durchmesser des Förderabschnitts 121 der mehreren Rollen 12 eine sich ändernde Breite auf. Vorzugsweise stellt die Außenfläche des Förderabschnitts 121 bei einer linearen Projektion eine kontinuierlich gekrümmte Oberfläche dar. Beispielsweise weist die Außenfläche des Förderabschnitts 121 der mehreren Rollen 12 eine konkave Oberfläche auf. Wenn das metallische Material S eine Stangenform aufweist und auf die Förderabschnitte 121 der mehreren Rollen 12 gelegt wird, kann, wenn sich die mehreren Rollen 12 um die Drehwelle 12 drehen, durch die obige Anordnung eine Bewegungskraft und eine Drehkraft von den Förderabschnitten 121 der mehreren Rollen 12 auf das metallische Material S ausgeübt werden. Dadurch kann das metallische Material S nicht nur zur Bewegung entlang der Förderrichtung D1 angetrieben werden, sondern das metallische Material S kann zusätzlich zu einer Rotation auf den konkav gekrümmten Oberflächen der Förderabschnitte 121 angetrieben werden, um den Effekt einer gleichzeitigen Bewegung und Rotation des metallischen Materials S zu erreichen. Hierbei ist die Durchmesseränderungsrate des Förderabschnitts 121 der mehreren Rollen 12 keiner Beschränkung unterworfen. Vorzugsweise ist diese so eingestellt, dass sie mit der Form des metallischen Materials S korrespondiert.
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Es wird ferner auf die 2 und 3 verwiesen. Der Spritzmechanismus 2 weist mehrere Düsengruppen 21 auf. Die mehreren Düsengruppen 21 sind zwischen dem Zuführende 111 und dem Ausgabeende 112 der Basis 11 angeordnet. Die mehreren Düsengruppen 21 weisen jeweils mehrere Düsen 211 auf, wobei die mehreren Düsen 211 in Richtung des von den Förderabschnitten 121 der mehreren Rollen 12 geförderten metallischen Materials S weisen. Hierbei kann aus den mehreren Düsen 211 eine Kühlflüssigkeit verspritzt werden, wobei die Kühlflüssigkeit ein beliebiges Arbeitsfluid sein kann, das zur Gewährleistung eines Wärmeaustauschs dient, wobei hierin die Kühlflüssigkeit keiner Beschränkung unterworfen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühlflüssigkeit flüssiges Wasser. Ferner weist der Spritzmechanismus 2 einen Halterahmen 22 auf. Die mehreren Düsengruppen 21 sind an dem Halterahmen 22 angeordnet. Der Halterahmen 22 ist mit der Basis 11 des Fördermechanismus 1 verbunden. Ferner kann der Halterahmen 22 gleichzeitig ein die Kühlflüssigkeit förderndes Förderrohr aufweisen, um die Kühlflüssigkeit zu fördern, wobei die mehreren Düsengruppen 21 mit dem die Kühlflüssigkeit fördernden Förderrohr durchgängig verbunden sein können, sodass die im Förderrohr aufgenommene Kühlflüssigkeit durch die mehreren Düsengruppen 21 ausgegeben wird.
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Es wird ferner auf 5 verwiesen. Die Anordnungsweise der mehreren Düsen 211 ist hierin keiner Einschränkung unterworfen. Die mehreren Düsen 211 können senkrecht zur Förderrichtung D1 angeordnet sein, wodurch die Bewegungsrichtung D3 der Kühlflüssigkeit der mehreren Düsen 211 senkrecht zur Förderrichtung D1 ist. Alternativ können die mehreren Düsen 211 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel vom Ausgabeende 112 in Richtung des Zuführendes 111 geneigt angeordnet sein, sodass die Bewegungsrichtung D3 der Kühlflüssigkeit der mehreren Düsen 211 eine horizontale Komponente und eine vertikale Komponente umfasst (siehe Darstellungen), wobei die horizontale Komponente der Bewegungsrichtung D3 der Kühlflüssigkeit entgegengesetzt zur Förderrichtung D1 steht, sodass eine größere Auftreffkraft für die von den mehreren Düsen 211 ausgespritzte Kühlflüssigkeit auf das entlang der Förderrichtung D1 bewegte stangenförmige metallische Material S bereitgestellt werden kann, wodurch das metallische Material S mittels der Kühlflüssigkeit abgekühlt werden kann oder der Gasfilm oder Rost an der Oberfläche des metallischen Materials S entfernt werden kann, um den Wärmebehandlungsvorgang erfolgreich durchzuführen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen umfasst einen Erwärmungsschritt und einen schnellen Abkühlschritt.
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Beim Erwärmungsschritt wird ein metallisches Material S durch eine Heizeinrichtung bis auf eine erste Temperatur erwärmt. Hierbei ist die Sorte des metallischen Materials S keiner Beschränkung unterworfen, wobei die erste Temperatur entsprechend den unterschiedlichen Arten und Eigenschaften des metallischen Materials S flexibel einstellbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das metallische Material S ein Stahlmaterial, bei welchem die erste Temperatur in einem Bereich zwischen 800°C und 1200°C liegt. Ferner definiert die erste Temperatur, wenn das metallische Material S auf die erste Temperatur aufgeheizt ist, die Oberflächentemperatur des metallischen Materials S.
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Bei dem schnellen Abkühlschritt wird mittels einer Kühleinrichtung ein schneller Abkühlvorgang für das metallische Material S durchgeführt, wodurch die Temperatur des metallischen Materials S von der ersten Temperatur schnell auf eine zweite Temperatur gesenkt wird. Hierbei zeichnet sich der schnelle Abkühlvorgang für das metallische Material S durch eine schnell kühlende Abkühlgeschwindigkeit auf, wobei die schnelle Abkühlgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 80°C/s und 200°C/s liegt.
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Genauer gesagt wird mit dem Spritzmechanismus 2 der Kühleinrichtung für den schnellen Abkühlvorgang ein Verspritzen einer Kühlflüssigkeit durchgeführt. Jede Düse 211 des Spritzmechanismus 2 zum Spritzen der Kühlflüssigkeit kann bei dem schnellen Abkühlvorgang einen Hochgeschwindigkeitsspritzvolumenstrom bereitstellen, wobei der Hochgeschwindigkeitsspritzvolumenstrom in einem Bereich zwischen 60 L/min und 1000 L/min liegt. Durch den Spritzmechanismus 2 tritt beim Kontakt der vom Spritzmechanismus verspritzten Kühlflüssigkeit mit dem metallischen Material S ein Hochgeschwindigkeitsspritzdruck auf, wobei der Hochgeschwindigkeitsspritzdruck in einem Bereich zwischen 70 bar und 300 bar liegt. Bei der oben beschriebenen Ausführungsart kann die Wärmeaustauschwirkung durch die große Menge an aufgespritzter Kühlflüssigkeit verbessert werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften des metallischen Materials S bestimmt werden können, wobei mit der oben beschriebenen Ausführungsart ferner der im Erwärmungsschritt erzeugte Gasfilm auf der Oberfläche des metallischen Materials S durch das Auftreffen der Kühlflüssigkeit unter Hochdruck weggespült werden kann, sodass durch die schnelle Abkühlung ein metallisches Material S mit spezifischen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden kann und ferner die Oberfläche des metallischen Materials S intakt bleibt.
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Ferner kann die zweite Temperatur den unterschiedlichen Arten und Eigenschaften des gewählten metallischen Materials S entsprechend flexibel eingestellt werden, wobei diese hierbei nicht beschränkt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Temperatur, wenn das metallische Material S ein Stahlmaterial ist, beim Phasenwechsel als eine kritische Temperatur des Stahlmaterials definiert. Durch den schnellen Abkühlschritt wird das Stahlmaterial mit einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit auf die kritische Temperatur beim Phasenwechsel abgekühlt, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Stahlmaterials bestimmt werden können. Dadurch können Stahlmaterialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden.
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Ferner kann bei dem Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen nach der Durchführung des schnellen Abkühlschritts noch ein langsamer Abkühlschritt erfolgen. Der langsame Abkühlschritt beinhaltet, dass das metallische Material S mittels der Kühleinrichtung einem langsamen Abkühlvorgang unterzogen wird, wodurch die Temperatur des metallischen Materials S von der zweiten Temperatur langsam auf eine dritte Temperatur gesenkt wird, wobei der langsame Abkühlvorgang eine Abkühlgeschwindigkeit besitzt, mit welcher das metallische Material S langsam abgekühlt wird, wobei die langsame Abkühlgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 50°C/s und 80°C/s liegt.
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Genauer gesagt erfolgt mit dem Spritzmechanismus 2 der Kühleinrichtung der langsame Abkühlvorgang durch das Spritzen einer Kühlflüssigkeit. Beim langsamen Abkühlvorgang weist jede Düse 211 des Spritzmechanismus 2 beim Spritzen der Kühlflüssigkeit einen Niedriggeschwindigkeitsspritzvolumenstrom auf, wobei der Niedriggeschwindigkeitsspritzvolumenstrom in einem Bereich zwischen 20 L/min und 60 L/min liegt. Der Spritzmechanismus 2 stellt beim Kontakt der vom Spritzmechanismus verspritzten Kühlflüssigkeit mit dem metallischen Material S ferner einen Niedriggeschwindigkeitsspritzdruck bereit, wobei der Niedriggeschwindigkeitsspritzdruck in einem Bereich zwischen 30 bar und 70 bar liegt. Ferner kann die dritte Temperatur entsprechend den unterschiedlichen Arten und Eigenschaften des metallischen Materials S flexibel eingestellt werden, wobei diese hierbei nicht beschränkt sind. Durch die oben beschriebene Anordnung kann die Wärmeaustauschwirkung durch eine kleinere Menge an gespritzter Kühlflüssigkeit verringert werden, um dadurch die mechanischen Eigenschaften des metallischen Materials S zu bestimmen, wobei durch die oben beschriebene Anordnung ferner der Rost an der Oberfläche des metallischen Materials S dadurch entfernt werden kann, dass die Kühlflüssigkeit mit einem geeigneten Druck auf die Oberfläche des metallischen Materials S auftrifft, sodass durch eine langsame Abkühlung ein metallisches Material S mit spezifischen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden kann und ferner der Rost an der Oberfläche des metallischen Materials S entfernt wird.
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Ferner kann bei dem Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen nach der Durchführung des Erwärmungsschritts noch ein Halteschritt bei gleichbleibender Temperaturdurchgeführt werden, wobei anschließend ein schneller Abkühlschritt durchgeführt wird. Der Halteschritt bei gleichbleibender Temperatur beinhaltet, dass nach dem Erwärmen des metallischen Materials S auf die erste Temperatur die erste Temperatur des metallischen Materials S innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums aufrechterhalten wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der vorbestimmte Zeitraum zum Aufrechterhalten der ersten Temperatur, wenn das Metallmaterial S ein Stahlmaterial ist und auf 800°C bis 1200°C erwärmt wurde, etwa in einem Bereich zwischen 10 min und 60 min. Durch die oben beschriebenen Schritte können die mechanischen Eigenschaften des Stahlmaterials eingestellt werden, um ein Stahlmaterial mit spezifischen mechanischen Eigenschaften bereitzustellen.
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Es wird erneut auf 2 und 3 verwiesen. Bei der Kühleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die mehreren Düsengruppen 21 des Spritzmechanismus 2 die Kühlflüssigkeit derart ausspritzen, dass ein schneller Abkühlvorgang oder ein langsamer Abkühlvorgang erfolgt. Vorzugsweise dienen, wie in 2 gezeigt, die mehreren Düsengruppen 21 des Spritzmechanismus 2, welche nahe dem Zuführende 111 angeordnet sind, zur Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs und die mehreren Düsengruppen 21 des Spritzmechanismus 2, die nahe dem Ausgabeende 112 angeordnet sind, dienen zur Durchführung des langsamen Abkühlvorgangs, wodurch für ein vom Fördermechanismus 1 gefördertes metallisches Material S nacheinander der schnelle Abkühlvorgang und der langsame Abkühlvorgang durchgeführt werden können, sodass durch das Durchführen der schnellen Abkühlung und der langsamen Abkühlung nacheinander ein metallisches Material S mit spezifischen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden kann.
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Es wird erneut auf 5 verwiesen. Ferner wird das metallische Material S bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs und des langsamen Abkühlvorgangs vom Fördermechanismus 1 zu einer Bewegung entlang der Förderrichtung D1 angetrieben, wobei der Spritzmechanismus 2 in einer Bewegungsrichtung D3 eine Kühlflüssigkeit ausspritzt, wobei ein Neigungswinkel A1 zwischen der Bewegungsrichtung D3 und der Förderrichtung D1 vorgesehen ist, wobei der Neigungswinkel A1 in einem Bereich zwischen 15° und 90° liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der bevorzugte Neigungswinkel 45°. Durch die vorab beschriebene Anordnung kann ein geeigneter Wärmeaustausch zwischen der Kühlflüssigkeit und dem metallischen Material S aufrechterhalten werden, wobei ferner der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Wegspüleffekt des sich an der Oberfläche des metallischen Materials S befindlichen Gasfilms bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs verbessert ist und der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Entfernungseffekt bezüglich des sich an der Oberfläche des metallischen Materials S befindlichen Rosts bei der Durchführung des langsamen Abkühlvorgangs verbessert wird.
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Bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs und des langsamen Abkühlvorgangs mittels der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung kann das metallische Material S, wenn die Form des Metallmaterials S eine Stangenform ist, nicht nur von den Rollen 12 des Fördermechanismus 2 entlang der Förderrichtung D1 zur Bewegung angetrieben werden, sondern das stangenförmige metallische Material S kann mittels der konkav gekrümmten Oberflächen der Förderabschnitte 121 zusätzlich parallel zur Förderrichtung D1 der Drehachse zur Rotation angetrieben werden, wodurch ein gleichmäßigerer Kontakt der Kühlflüssigkeit mit dem metallischen Material S gewährleistet werden kann. Durch die vorab beschriebene Anordnung kann ein geeigneter Wärmeaustausch zwischen der Kühlflüssigkeit und dem metallischen Material S aufrechterhalten werden, wobei bei der Durchführung des schnellen Abkühlvorgangs außerdem der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Wegspüleffekt bezüglich des sich an der Oberfläche des metallischen Materials S befindlichen Gasfilms verbessert ist und bei der Durchführung des langsamen Abkühlvorgangs der durch die Kühlflüssigkeit bewirkte Entfernungseffekt bezüglich des sich an der Oberfläche des metallischen Materials S befindlichen Rosts verbessert wird.
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Zum Nachweis, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen die Funktion zur Herstellung von Metallmaterialien mit spezifischen mechanischen Eigenschaften erfüllt, werden die oben beschriebenen Schritte an Stahlstäben mit einem Durchmesser von 60 mm (SCM440) durchgeführt. Die korrespondierenden mechanischen Eigenschaften lassen sich wie folgt zusammenfassen: Tabelle I
| metallisches Material | Zugfestigkeit (MPa) | Streckgrenze (MPa) | Härte |
| SCM440 | 924 | 730 | 41,0 |
| S1-1 | A | 1866 | 1492 | 56,9 |
| B | 1816 | 1463 | 53,3 |
| S1-2 | A | 1772 | 1334 | 53,2 |
| B | 1817 | 1410 | 52,0 |
| S1-3 | A | 1870 | 1390 | 53,1 |
| B | 1806 | 1305 | 52,9 |
| S1-4 | A | 1827 | 1342 | 53,0 |
| B | 1865 | 1274 | 51,5 |
Tabelle II
| metallisches Material | Härte (HRC) |
| Tiefe (30 mm) | Tiefe (15 mm) | Tiefe (7,5 mm) | Tiefe (1 mm) |
| S1-1 | 53,6 | 54,3 | 55,5 | 55,4 |
| S1-2 | 53,2 | 55,7 | 57,2 | 55,8 |
| S1-3 | 56,7 | 55,2 | 56,6 | 56,2 |
| S1-4 | 51,4 | 52,9 | 55,0 | 54,8 |
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Die vorstehenden zwei Tabellen basieren darauf, dass vier Gruppen von stangenförmigen, unbehandelten Stählen (SCM440) bis auf 1100°C (die erste Temperatur) erwärmt wurden, wobei anschließend die Temperatur für einige Zeit gehalten wurde und dann die obigen vier Gruppen von stangenförmigen, unbehandelten Stählen (SCM440) mit einer Fördergeschwindigkeit für unbehandelte Stähle befördert werden. Anschließend werden die obenstehenden vier Gruppen von stangenförmigen, unbehandelten Stählen (SCM440) mit einem Spritzvolumenstrom von 1000 L/min und mit einem Spritzdruck von 120 bar behandelt. Schließlich wird die Temperatur dieser vier Gruppen von stangenförmigen Stählen auf die Temperatur, bei welcher es zur Martensitbildung (Ms) kommt (die zweite Temperatur), abgekühlt, um spezifische mechanische Eigenschaften erhalten. Hierbei wird die Temperatur des unbehandelten Stahls mit der Nummer S1-1 für 30 min, die Temperatur des unbehandelten Stahls mit der Nummer S1-2 für 35 min, die Temperatur des unbehandelten Stahls mit der Nummer S1-3 für 15 min und die Temperatur des unbehandelten Stahls mit der Nummer S1-4 für 20 min gehalten. Die Abkühlgeschwindigkeit des unbehandelten Stahls mit der Bezeichnung S1-1 ist 5 m/min. Die Abkühlgeschwindigkeiten des unbehandelten Stahls mit der Bezeichnung S1-2, S1-3 und S1-4 ist jeweils 7 m/min. ”A” und ”B” stellen hierbei jeweils zwei unterschiedliche Abtastpunkte an derselben Stahlprobe dar. Die ”Tiefe” bezeichnet eine sich von der Oberfläche der Stahlstange in Richtung des axialen Mittelpunkts erstreckende Strecke. Aus der Tabelle 1 und Tabelle 2 ist ersichtlich, dass sich, wenn die Stahlstangen (SCM440) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen behandelt werden, die mechanischen Festigkeiten (Zugfestigkeit und Streckgrenze) der Stahlstangen um mehr als 40% und die Härte der Stahlstangen um mehr als 20% erhöhen lassen. Anhand der oben genannten experimentell ermittelten Daten kann nachgewiesen werden, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen metallische Materialien S mit spezifischen mechanischen Eigenschaften herstellen lassen.
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen ermöglicht wird, dass ein metallisches Material S mit einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt wird, wodurch eine strukturelle Veränderung des metallischen Materials S bestimmt wird, um dadurch metallische Materialien S mit spezifischen mechanischen Eigenschaften herstellen zu können.
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Bezugszeichenliste
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(vorliegende Erfindung)
- 1
- Fördermechanismus
- 11
- Basis
- 111
- Zuführende
- 112
- Ausgabeende
- 12
- Rolle
- 121
- Förderabschnitt
- 122
- Drehwelle
- 13
- Antriebsmotor
- 14
- Übertragungseinheit
- 2
- Spritzmechanismus
- 21
- Düsengruppe
- 211
- Düse
- 22
- Halterahmen
- A1
- Neigungswinkel
- D1
- Förderrichtung
- D2
- axiale Richtung
- D3
- Bewegungsrichtung
- S
- Metallmaterial
(Stand der Technik) - 9
- Herstellungsvorrichtung
- 91
- Warmwalzmaschine
- 92
- Kühleinheit
- 93
- Kühleinheit mit Temperaturwechselfunktion
- S
- Stahlmaterial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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