DE102020131314B3

DE102020131314B3 - Verfahren und Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen

Info

Publication number: DE102020131314B3
Application number: DE102020131314.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Hummel; Steffen Otterbach
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2040-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Wärmebehandlungsanlage (10) zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen mit den Schritten: Bereitstellen von Gussbauteilen, welche aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gefertigt sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht, Lösungsglühen der Gussbauteile in einer ersten Wärmebehandlungsvorrichtung (12), Abschrecken der Gussbauteile in einer zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung (14) und Warmauslagern der Gussbauteile in einer dritten Wärmebehandlungsvorrichtung (16), wobei Gussbauteile mit mindestens zwei verschiedenen Eigenschaftsprofilen in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen wärmebehandelt werden, wobei für alle wärmezubehandelnden Gussbauteile in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung (12) für das Lösungsglühen gleiche Parameter vorgegeben werden. Erfindungsgemäß werden in Abhängigkeit des zu erzeugenden Eigenschaftsprofils des korrespondierenden Gussbauteils in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung (14) für das Abschrecken verschiedene Abschreckgradienten und/oder in der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung (16) für das Warmauslagern verschiedene Parameter vorgegeben, so dass mit der Wärmebehandlungsanlage (10) in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Gussbauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften bzw. Eigenschaftsprofilen, insbesondere mechanische Eigenschaften, in separaten Herstellungslinien zu fertigen. Das bedeutet, dass für unterschiedliche Legierungen unterschiedliche Herstellungslinien verwendet werden. Insbesondere im Bereich von Strukturgussbauteilen für Karosserieanwendungen werden für hochfeste Anforderungen und geringere Duktilität aushärtbare Aluminiumlegierungen, wie beispielsweise Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen (Al-Si-Mg-Legierungen), mit erhöhtem Magnesiumgehalt im Bereich von üblicherweise 0,35 bis 0,7% verwendet. Werden geringere Festigkeiten und höhere Duktilität gefordert, werden Legierungen mit einem geringeren Magnesiumgehalt im Bereich von üblicherweise 0,25 bis 0,35% eingesetzt.
Zur Einstellung der finalen Eigenschaften werden die Gussbauteile zusätzlich unterschiedlichen Wärmebehandlungen unterzogen. Verfahren und Wärmebehandlungsanlagen zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen sind in zahlreichen Variationen bekannt. So weisen Wärmebehandlungen für niedrigfeste Legierungen andere Zeit-Temperaturprofile als für hochfeste Legierungen auf. So werden niedrigfeste Legierungen bei relativ niedrigen Glühtemperaturen im Bereich von ca. 460 bis 480°C geglüht und bei relativ hohen Temperaturen im Bereich von ca. 230 bis 240°C für relativ kurze Zeiten um ca. 1,5h warm ausgelagert. Hochfeste Legierungen werden bei hohen Glühtemperaturen, im Bereich von ca. 480 bis 500°C geglüht und bei relativ geringen Warmauslagerungstemperaturen im Bereich von ca. 200 bis 210°C für längere Zeiten von mindestens 2h ausgelagert. Um verschiedene Eigenschaftsprofile realisieren zu können, werden entweder mehrere Wärmebehandlungslinien oder eine Wärmebehandlungslinie eingesetzt, welche in Blockfertigung läuft und dementsprechend umgestellt werden muss. Diese Wärmebehandlungslinien sind üblicherweise als Durchlaufanlagen ausgeführt. Die Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen umfassen in der Regel drei Basisschritte: Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern. Jeder Prozessschritt hat dabei eine wichtige Rolle, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.
Als nachteilig kann bei diesen bekannten Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen der Umstand angesehen werden, dass entweder ein großer Maschinenpark (Mehrere Schmelzlinien, mehrere Wärmebehandlungsanlagen usw.), was sich in hohen Investition- und Bauteilkosten widerspiegelt, oder ein Anlagenpark mit Blockfertigung verwendet wird. Durch die Blockfertigung sind jedoch die Kapazitäten und Anlagenauslastungen durch die häufigen Parameterwechsel (erfordert ein „Leerfahren“ der Anlagen sowie lange und häufige Rüstzeiten) stark begrenzt. Ebenso sind Verwechslungsgefahren und ständige Legierungs- und Wärmebehandlungsrezepturwechsel eine erhöhte Fehlerquelle in der Fertigung.
Zudem ist aus der DE 10 2012 010 696 A1 ein gattungsgemäßes Wärmebehandlungsverfahren für eine Vielzahl von Leichtmetallbauteilen, insbesondere für Aluminium- und Magnesiumgussbauteile, bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Lösungsglühen der Leichtmetallbauteile in einer Lösungsglühstation mit einer vorgegebenen Lösungsglühtemperatur für eine vorgegebene Lösungsglühdauer, Abschrecken der Leichtmetallbauteile mit einem vorgegebenen Abschreckgradienten mittels eines Abschreckmediums und Warmauslagern der Leichtmetallbauteile bei einer vorgegebenen Auslagerungstemperatur für eine vorgegebene Auslagerungsdauer. Hierbei wird zwischen dem Lösungsglühen und dem Abschrecken eine Abschreckverzögerung der Leichtmetallbauteile vorgebbarer Dauer vorgesehen, wobei die Abschreckverzögerungsdauer als einziger Parameter des Wärmebehandlungsverfahrens variabel ist. Zudem werden ausschließlich Leichtmetallbauteile in Form von Aluminium- und Magnesiumgussbauteilen mit der gleichen Legierung, insbesondere des Typs Aluminium-Silizium-Magnesium (Al-Si-Mg), verwendet.
Die DE 10 2011 114 768 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von wenigstens zwei Gruppen von Gussbauteilen, welche sich in zumindest einer Materialeigenschaft, insbesondere in ihrer Festigkeit, unterscheiden, in derselben Gießanlage, bei welchem für jede Gruppe von Gussbauteilen

• eine spezifische Legierungszusammensetzung einer Aluminiumschmelze eingestellt wird, welche nach einer Gruppenzugehörigkeit des Gussbauteils jeweils verschieden ausgewählt wird,
• das Gussbauteil aus der so legierten Schmelze gegossen wird und
• das Gussbauteil nach dem Giessen einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei
• Gussbauteile aller Gruppen der gleichen Wärmebehandlung unterzogen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen sowie eine Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, welche eine wirtschaftliche Fertigung von Gussbauteilen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen mittels einer Einheitslegierung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Wärmebehandlungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen bereitzustellen, welches eine wirtschaftliche Fertigung von Gussbauteilen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen mittels einer Einheitslegierung ermöglicht, werden in Abhängigkeit des zu erzeugenden Eigenschaftsprofils des korrespondierenden Gussbauteils in einer zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung für das Abschrecken verschiedene Abschreckgradienten und/oder in einer dritten Wärmebehandlungsvorrichtung für das Warmauslagern verschiedene Parameter vorgegeben, so dass mit der Wärmebehandlungsanlage in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreicht werden.
Zudem wird eine Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen vorgeschlagen, welche eine erste Wärmebehandlungsvorrichtung zum Lösungsglühen der Gussbauteile, eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung zum Abschrecken der Gussbauteile, eine dritte Wärmebehandlungsvorrichtung zum Warmauslagern der Gussbauteile und ein Transportsystem umfasst, welches ausgeführt ist, die wärmezubehandelnden Gussbauteile in einem vorgegebenen konstanten Taktungsintervall den jeweiligen Wärmebehandlungsvorrichtungen sequentiell zuzuführen, wobei die Gussbauteile aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gefertigt sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht. Hierbei ist die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung ausgeführt, für das Abschrecken der Gussbauteile verschiedene Abschreckgradienten vorzugeben. Zusätzlich oder alternativ ist die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung ausgeführt, für das Warmauslagern der Gussbauteile verschiedene Parameter vorzugeben, so dass mit der Wärmebehandlungsanlage ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreichbar sind.
Unter dem Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen mit einer Wärmebehandlungsanlage wird nachfolgend ein Wärmebehandlungsprozess mit den Schritten: Bereitstellen von Gussbauteilen, welche aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gefertigt sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht, Lösungsglühen der Gussbauteile in einer ersten Wärmebehandlungsvorrichtung, Abschrecken der Gussbauteile in einer zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung und Warmauslagern der Gussbauteile in einer dritten Wärmebehandlungsvorrichtung verstanden. Hierbei werden Gussbauteile mit mindestens zwei verschiedenen Eigenschaftsprofilen in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen wärmebehandelt. Zudem werden für alle wärmezubehandelnden Gussbauteile in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung für das Lösungsglühen gleiche Parameter vorgegeben.
Unter Lösungsglühen wird nachfolgend ein Wärmebehandlungsvorgang der Einheitslegierung verstanden, in welchem eutektisches Silizium entkoppelt und eingeformt wird und aushärtende Elemente, wie beispielsweise Magnesium, Kupfer usw. gelöst werden. Hierbei gilt, dass je höher die Lösungsglühtemperatur, desto höher ist die Löslichkeit und desto höher ist das spätere Aushärtepotential der Legierung. Um ein hohes Aushärtepotential zu erreichen, werden für alle aus der Einheitslegierung gegossenen Gussbauteile hohe Glühtemperaturen im Bereich von ca. 480 bis 500°C verwendet. Unter Abschrecken wird nachfolgend ein Wärmebehandlungsvorgang der Einheitslegierung verstanden, durch welchen die gelösten aushärtenden Elemente in Lösung gehalten werden. Hierbei gilt, dass je schroffer, d.h. desto höher der Abschreckgradient, desto mehr gelöste aushärtende Elemente bleiben in Lösung und desto höher ist das spätere Aushärtepotential. Unter Warmauslagern wird nachfolgend ein Wärmebehandlungsvorgang der Einheitslegierung verstanden, in welchem die gelösten aushärtenden Elemente in fein verteilter Form ausgeschieden werden. Dadurch kann eine Festigkeitssteigerung der Gussbauteile bei einem geringen Abfall der Duktilität erreicht werden.
Durch den Einsatz der Einheitslegierung mit höherem Aushärtepotential zur Abbildung von sowohl hochfesten als auch niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofilen, kann die Differenzierung der Eigenschaften bzw. des Eigenschaftsprofils lediglich durch die Wärmebehandlung abgebildet werden. Hierbei werden die Parameter, wie Temperatur und Zeitdauer, des Lösungsglühvorgangs unabhängig von dem zu erzielenden Eigenschaftsprofil für alle wärmezubehandelnden Gussbauteile identisch eingestellt. Durch Ausführungsformen der Erfindung können unterschiedliche Eigenschaftsprofile für aufeinanderfolgende Gussbauteile erzeugt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zum Erreichen von Gussbauteilen mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen beispielsweise nur der Abschreckgradient während des Abschreckvorgangs variiert werden. Bei dieser Ausführungsform werden für hochfeste Eigenschaftsprofile hohe Abschreckgradienten vorgegeben. Für niederfeste und duktile Eigenschaftsprofile werden sehr geringe Abschreckgradienten vorgegeben. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können zum Erreichen von Gussbauteilen mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen beispielsweise nur die Parameter während des Warmauslagerungsvorgangs variiert werden. Bei dieser Ausführungsform werden für hochfeste Eigenschaftsprofile niedrige Temperaturen vorgegeben. Für niederfeste und duktile Eigenschaftsprofile werden hohe Temperaturen vorgegeben. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können zum Erreichen von Gussbauteilen mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen sowohl der Abschreckgradient während des Abschreckvorgangs als auch die Parameter des Warmauslagerungsvorgangs variiert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens können für erste Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil große Abschreckgradienten im Bereich von 5 bis 25 K/s vorgegeben werden. Für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil können kleine Abschreckgradienten im Bereich von 0,5 bis 2 K/s vorgegeben werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile und der zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung identisch sein. Das bedeutet, dass die Durchlaufzeiten für die ersten Gussbauteile und die zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung identisch sind. Nach Ablauf eines solchen Taktungsintervalls können die Gussbauteile zur nächsten Station der Wärmebehandlung bewegt werden. Zur Umsetzung von ausreichend langen Zeiträumen für die Wärmebehandlung der Gussbauteile können die verschiedenen Wärmebehandlungsvorrichtungen mit einer entsprechenden Anzahl von anzufahrenden Positionen ausgestattet werden. Durch die identische Dauer der Taktungsintervalle können die aufeinanderfolgende Gussbauteile mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen ohne Aufstau die Wärmebehandlungsvorrichtung durchlaufen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann für erste Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil eine erste Warmauslagerungsstufe mit einer Temperatur in einem ersten Temperaturbereich und eine nachfolgende zweite Warmauslagerungsstufe mit einer Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich vorgegeben werden, welcher höher als der erste Temperaturbereich ist. Bei der Verwendung von Magnesium als aushärtendes Element der Einheitslegierung kann der erste Temperaturbereich beispielsweise von 150 bis 180°C vorgegeben werden, und der zweite Temperaturbereich kann beispielsweise von 200 bis 220°C vorgegeben werden. Hierbei kann die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der ersten Gussbauteile und der zweiten Gussbauteile durch die erste Warmauslagerungsstufe und durch die zweite Warmauslagerungsstufe, der Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass die Durchlaufzeiten für die ersten Gussbauteile und die zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die erste Warmauslagerungsstufe und durch die zweite Warmauslagerungsstufe identisch sind. Für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil kann eine dritte Warmauslagerungsstufe mit einer Temperatur in einem dritten Temperaturbereich vorgegeben werden, welcher höher als der zweite Temperaturbereich ist. Bei der Verwendung von Magnesium als aushärtendes Element der Einheitslegierung kann der dritte Temperaturbereich beispielsweise von 235 bis 270°C vorgegeben werden. Hierbei kann die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der ersten Gussbauteile, welche die dritte Warmauslagerungsstufe durchlaufen, kürzer als die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der zweiten Gussbauteile vorgegeben werden, welche die dritte Warmauslagerungsstufe durchlaufen, wobei die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der zweiten Gussbauteile durch die dritte Warmauslagerungsstufe der Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung entsprechen kann. Das bedeutet, dass die Durchlaufzeiten für die zweiten Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung und durch die erste Warmauslagerungsstufe und durch die zweite Warmauslagerungsstufe und durch die dritte Warmauslagerungsstufe identisch sind. Die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der ersten Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil durch die dritte Warmauslagerungsstufe kann in Abhängigkeit von dem einzustellenden Festigkeitsprofil kürzer als die Dauer der Taktungsintervalle durch die erste Warmauslagerungsstufe und durch die zweite Warmauslagerungsstufe vorgegeben werden. Da die ersten Gussbauteile nur im letzten Wärmebehandlungsprozess kürzere Taktungsintervalle aufweisen, kann trotzdem kein Aufstau entstehen, da die Gussbauteile nach der dritten Warmauslagerungsstufe aus der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung entnommen werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens können die Taktungsintervalle eine konstante Dauer im Bereich von 180 bis 900 Sekunden aufweisen. Das bedeutet, dass die Gussbauteile nach Ablauf des Taktungsintervalls zur nächsten Station der Wärmebehandlung bewegt werden. Zur Umsetzung von ausreichend langen Zeiträumen für die Wärmebehandlung der Gussbauteile können die verschiedenen Wärmebehandlungsvorrichtungen mit einer entsprechenden Anzahl von anzufahrenden Positionen ausgestattet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann die Einheitslegierung der Gussbauteile mindestens ein aushärtendes Element, vorzugsweise Magnesium oder Kupfer aufweisen. Bei der Verwendung von Magnesium kann der Magnesiumgehalt beispielsweise im Bereich von 0,3 bis 0,6% liegen. Durch diesen Magnesiumgehalt der Einheitslegierung können sowohl Gussbauteile mit hochfesten Eigenschaftsprofilen als auch Gussbauteile mit niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofilen erreicht werden. Selbstverständlich können auch andere geeignete aushärtende Elemente, wie beispielsweise Kupfer oder Zink verwendet werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage kann die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung eine Kühlvorrichtung umfassen und ausgeführt sein, für erste Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil große Abschreckgradienten im Bereich von 5 bis 25 K/s und für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil kleine Abschreckgradienten im Bereich von 0,5 bis 2 K/s umzusetzen. Zur Umsetzung der unterschiedlichen Abschreckgradienten kann die Kühlvorrichtung Kühlkomponenten, wie beispielsweise Düsen und/oder Ventilatoren aufweisen. Mittels den Kühlkomponenten kann eine Kühlintensität der Kühlvorrichtung und damit der Abschreckgradient vorgegeben und angepasst werden. Zusätzlich können verschiedene Kühlmittel zum Variieren des Abschreckgradienten eingesetzt werden. So kann beispielsweise zur Umsetzung eines großen Abschreckgradienten Wasser als Kühlmittel verwendet werden. Zur Umsetzung eines kleinen Abschreckgradienten kann beispielsweise kein Kühlmittel oder ein Luftstrom als Kühlmittel eingesetzt werden. Zudem können zur Umsetzung von kleinen Abschreckgradienten die Düse und/oder die Ventilatoren abgeschaltet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage kann die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung mehrere Ofenkammern mit verschiedenen vorgegebenen Ofentemperaturen umfassen. Hierbei kann das Transportsystem ausgeführt sein, ein jeweiliges Gussbauteil entweder allen Ofenkammern oder nur einem Teil der Ofenkammern zuzuführen. So kann beispielsweise eine erste Ofenkammer eine vorgegebene Ofentemperatur im ersten Temperaturbereich von beispielsweise 150 bis 180°C aufweisen. Eine zweite Ofenkammer kann eine vorgegebene Ofentemperatur im zweiten Temperaturbereich von beispielsweise 200 bis 220°C aufweisen, welcher höher als der erste Temperaturbereich ist. Eine dritte Ofenkammer kann eine vorgegebene Ofentemperatur im dritten Temperaturbereich von beispielsweise 235 bis 270°C aufweisen, welcher höher als der zweite Temperaturbereich ist. So können die drei Ofenkammern beispielsweise von allen Gussbauteilen nacheinander durchlaufen werden, wobei das Transportsystem die ersten Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil ohne Standzeit oder mit kürzeren Taktungsintervallen durch die dritte Ofenkammer bewegt. Alternativ kann das Transportsystem die ersten Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil vor dem Eintritt in die dritte Ofenkammer ausschleusen. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Transportsystem ausgeführt sein, die ersten Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil nach Durchlaufen der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung zum Warmauslagern der ersten und zweiten Ofenkammer zuzuführen und die zweiten Gussbauteile mit einem niederfesten und duktilen Eigenschaftsprofil nach Durchlaufen der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung zum Warmauslagern der dritten Ofenkammer zuzuführen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage kann ein Steuersystem ausgeführt sein, die Wärmebehandlungsvorrichtungen und das Transportsystem kontinuierlich entsprechend einem konstanten Taktungsintervall und einem wiederholten erfindungsgemäßen Verfahren anzusteuern.
Durch die konstanten Taktungsintervalle kann eine als Durchlaufanlage konzipierte Wärmebehandlungsanlage optimal dimensioniert werden, da die Gesamtdurchlaufzeiten der Wärmebehandlung im Wesentlichen immer gleich sind. Dadurch ergibt sich eine optimale Durchsatzmenge bei der Fertigung von Gussbauteilen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen auf ein und derselben Wärmebehandlungsanlage, wobei Gussbauteile mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen hintereinander angeordnet sein können. Im Prinzip können Gussbauteile mit beliebig vielen unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen bei konstant eingestellten Zeiten und Temperaturen beim Lösungsglühen und mit einfach zu variierenden Parametern beim Abschrecken und durch verschiedene Ofenkammern realisiert werden.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigen:

1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen aus 1;
3 ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen aus 1; und
4 ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen aus 1.

Wie aus 1 ersichtlich ist, werden im Schritt S100 des dargestellten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 100 zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen mit einer in 2 bis 4 dargestellten Wärmebehandlungsanlage 10 Gussbauteile bereitgestellt, welche aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gefertigt sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht. Im Schritt S110 erfolgt ein Lösungsglühen der Gussbauteile in einer ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 12. Im Schritt S120 werden die Gussbauteile in einer zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14 abgeschreckt. Im Schritt S130 erfolgt ein Warmauslagern der Gussbauteile in einer dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16. Hierbei werden Gussbauteile mit mindestens zwei verschiedenen Eigenschaftsprofilen in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen wärmebehandelt, wobei für alle wärmezubehandelnden Gussbauteile in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 12 für das Lösungsglühen gleiche Parameter vorgegeben werden.
Erfindungsgemäß werden in Abhängigkeit des zu erzeugenden Eigenschaftsprofils des korrespondierenden Gussbauteils in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14 für das Abschrecken verschiedene Abschreckgradienten und/oder in der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16 für das Warmauslagern verschiedene Parameter vorgegeben, so dass mit der Wärmebehandlungsanlage 10 in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreicht werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen werden die Gussbauteile nach der Warmauslagerung im Schritt S140 aus der Wärmebehandlungsanlage 10 entnommen.
Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 werden nachfolgend verschiedene Wärmebehandlungsanlagen 10A, 10B, 10C zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 beschrieben.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Einheitslegierung der Gussbauteile aus Aluminium (AI), Silizium (Si) und Magnesium (Mg) einen Magnesiumgehalt im Bereich von 0,3 bis 0,6% des Gewichts der Einheitslegierung auf. Selbstverständlich können anstatt Magnesium auch andere geeignete aushärtende Elemente, wie beispielsweise Kupfer oder Zink in der Einheitslegierung eingesetzt werden.
Wie aus 2 bis 4 ersichtlich ist, weisen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer Wärmebehandlungsanlage 10A, 10B, 10C zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens 100 zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen jeweils eine erste Wärmebehandlungsvorrichtung 12 zum Lösungsglühen der Gussbauteile, eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14, 14A, 14B zum Abschrecken der Gussbauteile, eine dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16, 16A, 16B, 16C zum Warmauslagern der Gussbauteile und ein Transportsystem 11 auf. Das Transportsystem 11 führt die wärmezubehandelnden Gussbauteile in einem vorgegebenen konstanten Taktungsintervall den jeweiligen Wärmebehandlungsvorrichtungen 12, 14, 16 sequentiell zu, wobei die Gussbauteile aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gefertigt sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht. Hierbei kann das Taktungsintervall im Bereich von 180 bis 900 Sekunden vorgegeben werden.
Erfindungsgemäß gibt die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14, 14A, 14B für das Abschrecken der Gussbauteile verschiedene Abschreckgradienten vor. Zusätzlich oder alternativ gibt die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16, 16A, 16B, 16C für das Warmauslagern der Gussbauteile verschiedene Parameter vor. Dadurch sind mit der Wärmebehandlungsanlage 10A, 10B, 10C ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreichbar.
Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10A eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14A, welche mittels einer nicht näher dargestellten Kühlvorrichtung für erste Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil große Abschreckgradienten im Bereich von 5 bis 25K/s, und für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil kleine Abschreckgradienten im Bereich von 0,5 bis 2 K/s umsetzt. Zur Umsetzung der unterschiedlichen Abschreckgradienten weist die Kühlvorrichtung Kühlkomponenten, wie beispielsweise Düsen und/oder Ventilatoren auf. Mittels dieser Kühlkomponenten kann eine Kühlintensität der Kühlvorrichtung und damit der Abschreckgradient vorgegeben und angepasst werden. So können die Kühlkomponenten zumindest teilweise in ihrer Position und/oder Ausrichtung verändert werden. Zudem kann als Parameter zur Vorgabe des Abschreckgradienten eine Drehzahl der Ventilatoren bzw. ein Volumenstrom der Düsen bzw. Düsenkästen oder ein Abstand der Ventilatoren bzw. Düsen zu den Gussbauteilen variiert werden. Zusätzlich können verschiedene Kühlmittel verwendet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Umsetzung eines großen Abschreckgradienten Wassernebel als Kühlmittel verwendet. Zur Umsetzung eines kleinen Abschreckgradienten wird im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Luftstrom als Kühlmittel verwendet. Zudem können die Düsen und/oder Ventilatoren zur Umsetzung von kleinen Abschreckgradienten auch deaktiviert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bleiben die Gussbauteile unabhängig von dem zu erreichenden Eigenschaftsprofil für ein Taktungsintervall in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14A, so dass die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14A nur eine Standposition für die Gussbauteile aufweist. Selbstverständlich kann die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14A auch mehre Standpositionen aufweisen, so dass die Gussbauteile für mehr als ein Taktungsintervall in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14A verbleiben.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10 wird die Kühlvorrichtung der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14A abgeschaltet, so dass die niederfesten und duktilen Eigenschaftsprofile mit einem reduzierten Wärmebehandlungsprozess aus Lösungsglühen in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und Warmauslagerung in der dritten Wärmebehandlungsanlage 16A gefahren werden und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14A zur Abschreckung ohne Aktivierung der Kühlkomponenten durchlaufen. Für die hochfesten Eigenschaftsprofile werden die Kühlkomponenten der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14A entsprechend aktiviert und positioniert, um die korrespondierenden großen Abschreckgradienten zu erreichen.
Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16A im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Ofenkammern 17, 18 mit verschiedenen vorgegebenen Ofentemperaturen. Hierbei weist eine erste Ofenkammer 17 eine vorgegebene Ofentemperatur in einem ersten Temperaturbereich von 150 bis 180°C auf, und eine zweite Ofenkammer 18 weist eine vorgegebene Ofentemperatur in einem zweiten Temperaturbereich von 200 bis 220°C auf. Das Transportsystem 11 führt die Gussbauteile unabhängig von dem zu erreichenden Eigenschaftsprofil allen Ofenkammern 17, 18 zu. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10A wird die Warmauslagerung zweistufig ausgeführt. Das bedeutet, dass eine Ankeimungsphase mit mehreren Taktungsintervallen für Ausscheidungskeime mit mehreren Taktungsintervallen in der ersten Ofenkammer 17 bei einer Temperatur im Bereich von ca. 150 bis 180°C an verschiedenen Standpositionen in der ersten Ofenkammer 17 durchgeführt wird. Anschließend wird eine Stabilisierungsphase mit mehreren Taktungsintervallen in der zweiten Ofenkammer 18 bei einer Temperatur im Bereich von ca. 200 bis 220°C an verschiedenen Standpositionen in der zweiten Ofenkammer 18 durchgeführt. Durch die Anzahl der Standpositionen in der jeweiligen Ofenkammer 17, 18 kann in Verbindung mit dem konstanten Taktungsintervall die gesamte Verweildauer der Gussbauteile in der korrespondierenden Ofenkammer 17, 18 vorgegeben werden. Die angegebenen Temperaturbereiche sind auf Magnesium als aushärtendes Element in der Einheitslegierung abgestimmt und können bei der Verwendung von anderen aushärtenden Elementen von den angegebenen Temperaturbereichen abweichen.
Bei dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10A sind die Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen nur über die verschiedenen Abschreckgradienten des Abschreckungsvorgangs in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14A erreichbar. Die Temperaturen und Zeiten des Lösungsglühens in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und des Warmauslagerns in der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16A sind für alle Eigenschaftsprofile der Gussbauteile identisch. Das bedeutet, dass die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile und der zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14A und durch die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16A identisch ist.
Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfassen das zweite Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10B und das dritte Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10C jeweils eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14B, welche mittels einer nicht näher dargestellten Kühlvorrichtung für alle Gussbauteile große Abschreckgradienten im Bereich von 5 bis 25K/s umsetzt. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage aus 1 weist die Kühlvorrichtung zur Umsetzung der großen Abschreckgradienten Kühlkomponenten, wie beispielsweise Düsen und/oder Ventilatoren auf. Zur Vorgabe des großen Abschreckgradienten können die Ventilatoren mit einer hohen Drehzahl betrieben werden, bzw. die Düsen bzw. Düsenkästen können einen großen Volumenstrom erzeugen. Zusätzlich kann zur Umsetzung des großen Abschreckgradienten Wassernebel als Kühlmittel verwendet werden. Auch bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel bleiben die Gussbauteile unabhängig von dem zu erreichenden Eigenschaftsprofil nur für ein Taktungsintervall in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14B, so dass auch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14B nur eine Standposition für die Gussbauteile aufweist. Da alle Gussbauteile unabhängig von dem zu erreichenden Abschreckgradienten die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14B durchlaufen, weisen alle Gussbauteile ein hohes Aushärtepotential für den nachfolgenden Warmauslagerungsvorgang in der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B, 16C auf.
Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16B im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10B drei Ofenkammern 17, 18, 19 mit verschiedenen vorgegebenen Ofentemperaturen. Hierbei weist eine erste Ofenkammer 17 eine vorgegebene Ofentemperatur im ersten Temperaturbereich von 150 bis 180°C auf, eine zweite Ofenkammer 18 weist eine vorgegebene Ofentemperatur im zweiten Temperaturbereich von 200 bis 220°C auf und eine dritte Ofenkammer 19 weist eine vorgegebene Ofentemperatur in einem dritten Temperaturbereich von 235 bis 270°C auf. Das Transportsystem 11 führt die Gussbauteile unabhängig von dem zu erreichenden Eigenschaftsprofil allen Ofenkammern 17, 18, 19 zu. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10B wird die Warmauslagerung dreistufig ausgeführt. Das bedeutet, dass für alle Gussbauteile unabhängig von dem zu erreichenden Abschreckgradienten in einer ersten Warmauslagerungsstufe eine Ankeimungsphase mit mehreren Taktungsintervallen für Ausscheidungskeime an verschiedenen Standpositionen in der ersten Ofenkammer 17 bei einer Temperatur im ersten Temperaturbereich von ca. 150 bis 180°C durchgeführt wird, und anschließend in einer zweiten Warmauslagerungsstufe eine Stabilisierungsphase mit mehreren Taktungsintervallen an verschiedenen Standpositionen in der zweiten Ofenkammer 18 bei einer Temperatur im zweiten Temperaturbereich von ca. 200 bis 220°C durchgeführt wird. Nach der Stabilisierungsphase in der zweiten Ofenkammer 18 weisen alle Gussbauteile ein hochfestes Eigenschaftsprofil auf. Daher führt das Transportsystem 11 in einer dritten Warmauslagerungsstufe die ersten Gussbauteile, welche nach der Wärmebehandlung ein hochfestes Eigenschaftsprofil aufweisen sollen, ohne Standzeiten durch die dritte Ofenkammer 19. Das bedeutet, dass das Taktungsintervall für diese ersten Gussbauteile in der dritten Auslagerungsstufe kürzer als für die zweiten Gussbauteile ist, welche nach der Wärmebehandlung ein niederfestes und duktiles Eigenschaftsprofil aufweisen sollen. Alternativ können diese ersten Gussbauteile nach der Stabilisierungsphase in der zweiten Ofenkammer 18 durch das Transportsystem 11 aus der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B ausgeschleust werden. Dies ist in 3 durch den gestrichelten Pfeil dargestellt. Die zweiten Gussbauteile, welche nach der Wärmebehandlung ein niederfestes und duktiles Eigenschaftsprofil aufweisen sollen, führt das Transportsystem 11 mit dem vorgegebenen Taktungsintervall durch die verschiedenen Standpositionen der dritten Ofenkammer 19, welche eine Temperatur im dritten Temperaturbereich von ca. 235 bis 270°C aufweist. Durch die Anzahl der Standpositionen in der jeweiligen Ofenkammer 17, 18, 19 kann in Verbindung mit dem konstanten Taktungsintervall die gesamte Verweildauer der Gussbauteile in der korrespondierenden Ofenkammer 17, 18, 19 vorgegeben werden. Die angegebenen Temperaturbereiche sind auf Magnesium als aushärtendes Element in der Einheitslegierung abgestimmt und können bei der Verwendung von anderen aushärtenden Elementen von den angegebenen Temperaturbereichen abweichen. Im zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10B ist die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14B und die erste Warmauslagerungsstufe in der ersten Ofenkammer 17 und die zweite Warmauslagerungsstufe in der zweiten Ofenkammer 18 der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B identisch. Die Dauer des Taktungsintervalls für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile durch die dritte Warmauslagerungsstufe in der dritten Ofenkammer 19 der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B ist kürzer als die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14 und die erste Warmauslagerungsstufe in der ersten Ofenkammer 17 und die zweite Warmauslagerungsstufe in der zweiten Ofenkammer 18. Im zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10B ist die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14B und die erste Warmauslagerungsstufe in der ersten Ofenkammer 17 und die zweite Warmauslagerungsstufe in der zweiten Ofenkammer 18 und die dritte Warmauslagerungsstufe in der dritten Ofenkammer 19 der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B identisch.
Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, umfasst die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16C im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10C analog zum zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10B aus 3 drei Ofenkammern 17, 18, 19 mit verschiedenen vorgegebenen Ofentemperaturen. Hierbei weist die erste Ofenkammer 17 eine vorgegebene Ofentemperatur im ersten Temperaturbereich von 150 bis 180°C auf, die zweite Ofenkammer 18 weist eine vorgegebene Ofentemperatur im zweiten Temperaturbereich von 200 bis 220°C auf und die dritte Ofenkammer 19 weist eine vorgegebene Ofentemperatur im dritten Temperaturbereich 235 bis 270°C auf. Die angegebenen Temperaturbereiche sind auf Magnesium als aushärtendes Element in der Einheitslegierung abgestimmt und können bei der Verwendung von anderen aushärtenden Elementen von den angegebenen Temperaturbereichen abweichen. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel führt das Transportsystem 11 die ersten Gussbauteile, welche nach der Wärmebehandlung ein hochfestes Eigenschaftsprofil aufweisen sollen, der ersten und zweiten Ofenkammer 17, 18 zu. Zweite Gussbauteile, welche nach der Wärmebehandlung ein niederfestes und duktiles Eigenschaftsprofil aufweisen sollen, führt das Transportsystem 11 der dritten Ofenkammer 19 zu. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10C wird die Warmauslagerung für die ersten Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil zweistufig ausgeführt. Das bedeutet, dass für diese ersten Gussbauteile eine Ankeimungsphase mit mehreren Taktungsintervallen für Ausscheidungskeime an verschiedenen Standpositionen in der ersten Ofenkammer 17 bei einer Temperatur im ersten Temperaturbereich von ca. 150 bis 180°C durchgeführt wird, und anschließend eine Stabilisierungsphase mit mehreren Taktungsintervallen an verschiedenen Standpositionen in der zweiten Ofenkammer 18 bei einer Temperatur im zweiten Temperaturbereich von ca. 200 bis 220°C durchgeführt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10C wird die Warmauslagerung für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und duktilen Eigenschaftsprofil einstufig ausgeführt. Das bedeutet, dass das Transportsystem 11 diese zweiten Gussbauteile nach der Abschreckung in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14B mit dem vorgegebenen Taktungsintervall durch die verschiedenen Standpositionen der dritten Ofenkammer 19 führt, welche eine Temperatur im dritten Temperaturbereich von ca. 235 bis 270°C aufweist. Durch die Anzahl der Standpositionen in der jeweiligen Ofenkammer 17, 18, 19 kann in Verbindung mit dem konstanten Taktungsintervall die gesamte Verweildauer der Gussbauteile in der korrespondierenden Ofenkammer 17, 18, 19 vorgegeben werden. Im dritten Ausführungsbeispiel der Wärmebehandlungsanlage 10C ist die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile und der zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14B und durch die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung 16C identisch.
Bei den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der Wärmebehandlungsanlage 10B, 10C sind die Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen nur über die verschiedenen Ofenkammern 17, 18, 19 der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B, 16C zur Warmauslagerung erreichbar. Die Temperaturen und Zeiten des Lösungsglühens in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 12 und die Abschreckgradienten des Abschreckens in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14B sind für alle Eigenschaftsprofile der Gussbauteile identisch.
Bei nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispielen der Wärmebehandlungsanlage 10 kann die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 14A aus 2 mit der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B aus 3 oder mit der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16C aus 4 kombiniert werden. Bei den nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Wärmebehandlungsanlage 10 sind die Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen über die Abschreckgradienten des Abschreckens in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 14A und/oder die verschiedenen Ofenkammern 17, 18, 19 der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung 16B, 16C zur Warmauslagerung erreichbar. Die Temperaturen und Zeiten des Lösungsglühens in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 12 sind für alle Eigenschaftsprofile der Gussbauteile identisch.
Ein nicht näher dargestelltes Steuersystem ist ausgeführt, die Wärmebehandlungsvorrichtungen 12, 14, 14A, 14B, 16, 16A, 16B, 16C und das Transportsystem 11 kontinuierlich entsprechend dem konstanten Taktungsintervall und einem wiederholten erfindungsgemäßen Verfahren 100 anzusteuern.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B, 10C: Anlage zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen
11: Transportsystem
12: erste Wärmebehandlungsvorrichtung (Lösungsglühen)
14, 14A, 14B: zweite Wärmebehandlungsvorrichtung (Abschrecken)
16, 16A, 16B, 16C: dritte Wärmebehandlungsvorrichtung (Auslagern)
17: erste Ofenkammer
18: zweite Ofenkammer
19: dritte Ofenkammer
100: Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen
S100 bis S140: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren (100) zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen mit einer Wärmebehandlungsanlage (10), mit den Schritten: Bereitstellen von Gussbauteilen, welche aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gegossen sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht, Lösungsglühen der Gussbauteile in einer ersten Wärmebehandlungsvorrichtung (12), Abschrecken der Gussbauteile in einer zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung (14) und Warmauslagern der Gussbauteile in einer dritten Wärmebehandlungsvorrichtung (16), wobei Gussbauteile mit mindestens zwei verschiedenen Eigenschaftsprofilen in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen wärmebehandelt werden, wobei für alle wärmezubehandelnden Gussbauteile in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung (12) für das Lösungsglühen gleiche Parameter vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des zu erzeugenden Eigenschaftsprofils des korrespondierenden Gussbauteils in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung (14) für das Abschrecken verschiedene Abschreckgradienten und/oder in der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung (16) für das Warmauslagern verschiedene Parameter vorgegeben werden, so dass mit der Wärmebehandlungsanlage (10) in aufeinanderfolgenden Taktungsintervallen ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreicht werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für erste Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil große Abschreckgradienten im Bereich von 5 bis 25 K/s vorgegeben werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil kleine Abschreckgradienten im Bereich von 0,5 bis 2 K/s vorgegeben werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Taktungsintervalle für einen Durchlauf der ersten Gussbauteile und der zweiten Gussbauteile durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung (12) und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung (14) identisch ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die ersten Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil eine erste Warmauslagerungsstufe mit einer Temperatur in einem ersten Temperaturbereich und eine nachfolgende zweite Warmauslagerungsstufe mit einer Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich vorgegeben werden, welcher höher als der erste Temperaturbereich ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der ersten Gussbauteile und der zweiten Gussbauteile, welche die erste Warmauslagerungsstufe und die zweite Warmauslagerungsstufe der dritten Wärmebehandlungsvorrichtung (16) durchlaufen, der Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung (12) und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung (14) entspricht.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweiten Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil eine dritte Warmauslagerungsstufe mit einer Temperatur in einem dritten Temperaturbereich vorgegeben wird, welcher höher als der zweite Temperaturbereich ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der ersten Gussbauteile, welche die dritte Warmauslagerungsstufe durchlaufen, kürzer als die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der zweiten Gussbauteile vorgegeben wird, welche die dritte Warmauslagerungsstufe durchlaufen, wobei die Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf der zweiten Gussbauteile durch die dritte Warmauslagerungsstufe der Dauer der Taktungsintervalle für den Durchlauf durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung (12) und durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung (14) entspricht.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktungsintervalle eine konstante Dauer im Bereich von 180 bis 900 Sekunden aufweisen.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheitslegierung der Gussbauteile mindestens ein aushärtendes Element aufweist.
Wärmebehandlungsanlage (10) zur Durchführung des Verfahrens (100) zur Wärmebehandlung von Gussbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer ersten Wärmebehandlungsvorrichtung (12) zum Lösungsglühen der Gussbauteile, einer zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung (14) zum Abschrecken der Gussbauteile, einer dritten Wärmebehandlungsvorrichtung (16) zum Warmauslagern der Gussbauteile und einem Transportsystem (11), welches ausgeführt ist, die wärmezubehandelnden Gussbauteile in einem vorgegebenen konstanten Taktungsintervall den jeweiligen Wärmebehandlungsvorrichtungen (12, 14, 16) sequentiell zuzuführen, wobei die Gussbauteile aus einer Einheitslegierung mit einem Aushärtepotential gefertigt sind, welches sowohl hochfeste als auch niederfeste und hochduktile Eigenschaftsprofile ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung (14) ausgeführt ist, für das Abschrecken der Gussbauteile verschiedene Abschreckgradienten vorzugeben, und/oder die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung (16) ausgeführt ist, für das Warmauslagern der Gussbauteile verschiedene Parameter vorzugeben, so dass mit der Wärmebehandlungsanlage (10) ohne Umrüstung Gussbauteile mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen erreichbar sind.
Wärmebehandlungsanlage (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung (14) eine Kühlvorrichtung umfasst und ausgeführt ist, für erste Gussbauteile mit einem hochfesten Eigenschaftsprofil große Abschreckgradienten im Bereich von 5 bis 25 K/s und für zweite Gussbauteile mit einem niederfesten und hochduktilen Eigenschaftsprofil kleine Abschreckgradienten im Bereich von 0,5 bis 2 K/s umzusetzen.
Wärmebehandlungsanlage (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmebehandlungsvorrichtung (16) mehrere Ofenkammern (17, 18, 19) mit verschiedenen vorgegebenen Ofentemperaturen umfasst, wobei das Transportsystem (11) ausgeführt ist, ein jeweiliges Gussbauteil entweder allen Ofenkammern (17, 18, 19) oder nur einem Teil der Ofenkammern (17, 18, 19) zuzuführen.
Wärmebehandlungsanlage (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ofenkammer (17) eine vorgegebene Ofentemperatur in einem ersten Temperaturbereich aufweist, wobei eine zweite Ofenkammer (18) eine vorgegebene Ofentemperatur in einem zweiten Temperaturbereich aufweist, welcher höher als der erste Temperaturbereich ist, und wobei eine dritte Ofenkammer (19) eine vorgegebene Ofentemperatur in einem dritten Temperaturbereich aufweist, welcher höher als der zweite Temperaturbereich ist.
Wärmebehandlungsanlage (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersystem ausgeführt ist, die Wärmebehandlungsvorrichtungen (12, 14, 16) und das Transportsystem (11) kontinuierlich entsprechend einem konstanten Taktungsintervall und einem wiederholten Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 anzusteuern.