DE102022000670A1 - Process for the heat treatment of a test piece and test piece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Prüfkörpers (10), mit den Schritten Bereitstellen des ein Prüfkörpervolumen aufweisenden Prüfkörpers (10), Erwärmen des Prüfkörpers (10) auf wenigstens eine Zieltemperatur (c) mittels mindestens einer Energiequelle (14) mit mindestens einer vorgegebenen Erwärmungsrate (a), wobei eine Steuerung oder Regelung der Energiequelle (14) mittels eines Pyrometers (18) und/oder mittels eines sich im Prüfkörpervolumen befindenden Thermoelementes (20) erfolgt, Halten der Zieltemperatur (c) des Prüfkörpers (10) für eine Dauer (d) von maximal 20 Minuten, und Abkühlen (h) des Prüfkörpers.The invention relates to a method for the heat treatment of a test body (10), with the steps of providing the test body (10) having a test body volume, heating the test body (10) to at least one target temperature (c) by means of at least one energy source (14) with at least one specified one Heating rate (a), the energy source (14) being controlled or regulated by means of a pyrometer (18) and/or by means of a thermocouple (20) located in the test body volume, maintaining the target temperature (c) of the test body (10) for a period of time (d) for a maximum of 20 minutes, and cooling (h) the specimen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Prüfkörpers. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Prüfkörper.The invention relates to a method for the heat treatment of a test specimen. Furthermore, the invention relates to a test body.
Der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Prüfkörper zu schaffen, so dass eine besonders vorteilhafte Wärmebehandlung des Prüfkörpers realisiert werden kann.It is the object of the present invention to create a method and a test specimen so that a particularly advantageous heat treatment of the test specimen can be implemented.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Prüfkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a test body having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Prüfkörpers. Bei dem Verfahren wird der ein Prüfkörpervolumen aufweisende Prüfkörper bereitgestellt. Der Prüfkörper wird auf wenigstens eine Zieltemperatur, welche auch als wenigstens eine erste Zieltemperatur bezeichnet wird, mittels mindestens einer Energiequelle erwärmt, derart, dass der Prüfkörper mit mindestens einer vorgegebenen, das heißt, definierten Erwärmungsrate auf die Zieltemperatur erwärmt wird. Hierbei erfolgt eine Steuerung oder Regelung der Energiequelle mittels eines Pyrometers und/oder mittels eines sich im Prüfkörpervolumen, mithin in dem Prüfkörper befindenden, das heißt, in dem Prüfkörpervolumen beziehungsweise im Prüfkörper angeordneten Thermoelements. Die Zieltemperatur des Prüfkörpers wird vor allem für eine auch als Haltedauer bezeichnete Dauer von maximal 20 Minuten gehalten. Die Dauer wird auch als erste Dauer oder erste Haltedauer bezeichnet. Die Dauer kann größer als 0 Sekunden, insbesondere größer als eine Minute, sein, oder aber die Dauer ist geringer als eine Minute, insbesondere geringer als eine Sekunde, wobei die Dauer insbesondere 0 Sekunden betragen kann, so dass die Haltedauer praktisch 0 ist. Des Weiteren wird der Prüfkörper abgekühlt, insbesondere nach Ablauf der Dauer.A first aspect of the invention relates to a method for the heat treatment of a test body. In the method, the test body having a test body volume is provided. The test specimen is heated to at least one target temperature, which is also referred to as at least one first target temperature, using at least one energy source, such that the test specimen is heated to the target temperature at at least a predetermined, i.e. defined, heating rate. In this case, the energy source is controlled or regulated by means of a pyrometer and/or by means of a thermocouple located in the test body volume, i.e. in the test body, i.e. arranged in the test body volume or in the test body. The target temperature of the test specimen is maintained primarily for a maximum of 20 minutes, also referred to as the holding period. Duration is also referred to as first duration or first holding period. The duration can be greater than 0 seconds, in particular greater than one minute, or the duration is less than one minute, in particular less than one second, in which case the duration can be in particular 0 seconds, so that the holding time is practically 0. Furthermore, the test specimen is cooled down, in particular after the duration has elapsed.
Insbesondere ist es denkbar, dass das Verfahren einen auch mit a) bezeichneten, ersten Schritt umfassen kann. Bei dem Schritt a) wird der Prüfkörper bereitgestellt. Bei einem beispielsweise mit b) bezeichneten, zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise eine Lagerung und/oder Fixierung des Prüfkörpers derart, dass ein möglichst geringer Wärmefluss an eine Umgebung des Prüfkörpers erfolgt. Bei einem beispielsweise mit c) bezeichneten, dritten Schritt des Verfahrens erfolgt das zuvor beschriebene Erwärmen des Prüfkörpers mittels der mindestens einen Energiequelle. Bei einem auch mit d) bezeichneten, vierten Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise das Erwärmen des Prüfkörpers mit der mindestens einen, definierten Erwärmungsrate, wobei die Steuerung oder Regelung der mindestens einen Energiequelle mit Hilfe des genannten Pyrometers und/oder mit Hilfe des im Prüfkörpervolumen befindlichen Thermoelements erfolgt. Bei einem auch mit e) bezeichneten, fünften Schritt des Verfahrens erfolgt ein Anfahren der ersten Zieltemperatur. Hierunter ist zu verstehen, dass bei dem Schritt e) der Prüfkörper, insbesondere durch das Erwärmen, auf die erste Zieltemperatur erwärmt wird. Bei einem auch mit f) bezeichneten, sechsten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Halten des Prüfkörpers auf der Zieltemperatur, das heißt, das Halten der Zieltemperatur für die genannte Dauer von maximal 20 Minuten. Bei einem auch mit g) bezeichneten, siebten Schritt des Verfahrens erfolgt das Abkühlen des Prüfkörpers.In particular, it is conceivable that the method can also include a first step, also denoted by a). In step a), the test specimen is provided. In a second step of the method, labeled b), for example, the test body is stored and/or fixed in such a way that there is as little heat flow as possible to an area surrounding the test body. In a third step of the method, denoted by c), for example, the previously described heating of the test body takes place by means of the at least one energy source. In a fourth step of the method, also referred to as d), the test specimen is heated, for example, at the at least one defined heating rate, with the at least one energy source being controlled or regulated with the aid of the pyrometer mentioned and/or with the aid of the thermocouple located in the test specimen volume he follows. In a fifth step of the method, also denoted by e), the first target temperature is approached. This means that in step e) the test body is heated to the first target temperature, in particular by heating. In a sixth step of the method, also denoted by f), the test specimen is held at the target temperature, ie the target temperature is held for the stated maximum duration of 20 minutes. In a seventh step of the method, also denoted by g), the test specimen is cooled.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nach dem Schritt f) mindestens eine weitere, zweite Zieltemperatur angefahren wird, die für eine zweite Haltedauer, welche auch als zweite Dauer bezeichnet wird, gehalten wird. Ferner kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei dem Schritt e) die Zieltemperatur angefahren und bei dem Schritt f) praktisch keine Haltedauer vorliegt.For example, provision can be made for at least one further, second target temperature to be approached after step f), which is maintained for a second holding period, which is also referred to as the second period. Furthermore, it can be provided, for example, that the target temperature is approached in step e) and that there is practically no holding time in step f).
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Haltedauer, das heißt die erste Haltedauer und/oder die zweite Haltedauer maximal 10 Minuten, insbesondere maximal 5 Minuten, beträgt.In a further embodiment it can be provided that the holding time, ie the first holding time and/or the second holding time, is a maximum of 10 minutes, in particular a maximum of 5 minutes.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Prüfkörper während der Wärmebehandlung von einer wärmeisolierenden Schicht und/oder Ummantelung, beispielsweise von einer keramischen Fasermatte, zumindest teilweise umgeben ist, wodurch insbesondere realisiert werden kann, dass ein möglichst geringer Wärmefluss oder kein Wärmefluss an die Umgebung erfolgt.In a further embodiment, it can be provided that the test specimen is at least partially surrounded by a heat-insulating layer and/or casing, for example by a ceramic fiber mat, during the heat treatment, whereby it can be realized in particular that the lowest possible heat flow or no heat flow to the environment takes place.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Prüfkörper zwischen dünnen Spitzen aufgenommen, insbesondere gehalten, wird.In a further embodiment it can be provided that the test body is received, in particular held, between thin tips.
Eine weitere Ausführungsform kann sich dadurch auszeichnen, dass der Prüfkörper vor und/oder nach der Wärmebehandlung örtlich oder vollständig mindestens eine weitere Wärmebehandlung erfährt, das heißt, mindestens einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen wird.A further embodiment can be characterized in that the test body undergoes at least one further heat treatment locally or completely before and/or after the heat treatment ment undergoes, that is, is subjected to at least one further heat treatment.
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Prüfkörper um eine Leichtmetalllegierung, insbesondere um eine Aluminiumlegierung, handelt.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the test body is a light metal alloy, in particular an aluminum alloy.
Ferner ist es denkbar, dass es sich bei dem Prüfkörper um einen teilweise oder vollständig durch additive Fertigung hergestellten Prüfkörper handelt.It is also conceivable that the test body is a test body that is produced partially or completely by additive manufacturing.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Prüfkörper, welcher mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wärmebehandelt ist.A second aspect of the invention relates to a test body which is heat-treated using a method according to the first aspect of the invention.
Insbesondere ist unter einer Aluminiumlegierung ein Aluminiumbasiswerkstoff und somit insbesondere eine Legierung zu verstehen, die zumindestens 50 Gewichtsprozent aus Aluminium (AI) besteht oder gebildet ist und weitere Legierungselemente beinhalten kann. Unter einem additiv gefertigten Material und somit unter dem Merkmal, dass der Prüfkörper beispielsweise teilweise oder vollständig durch additive Fertigung hergestellt ist, ist ein Material zu verstehen, das teilweise oder vollständig mittels additiver Fertigung hergestellt wird.In particular, an aluminum alloy is to be understood as an aluminum-based material and thus in particular an alloy that consists or is formed of at least 50 percent by weight of aluminum (Al) and can contain other alloying elements. An additively manufactured material and thus the feature that the test specimen is manufactured, for example, partially or entirely by additive manufacturing, means a material that is manufactured partially or entirely by means of additive manufacturing.
Insbesondere ist unter der additiven Fertigung ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe 3D-Druck, selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlsintern, Drahtauftragsschweißen und Pulverauftragsschweißen zu verstehen.In particular, additive manufacturing is a manufacturing process from the group of 3D printing, selective laser melting, selective electron beam melting, selective laser sintering, selective electron beam sintering, wire deposition welding and powder deposition welding.
Die Wärmebehandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere eine Kurzzeitwärmebehandlung. Insbesondere sind nach der Wärmebehandlung an dem Prüfkörper makroskopische Werkstoffprüfungen möglich. Mit Hilfe dieser Prüfungen können normgerechte, mechanische, beispielsweise statische Kennwerte im Zugversuch (Schwingfestigkeitskennwerte) und/oder physikalische Kennwerte (beispielsweise Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung) ermittelt werden.The heat treatment of the method according to the invention is in particular a short-time heat treatment. In particular, macroscopic material tests are possible on the test specimen after the heat treatment. With the help of these tests, standard-compliant, mechanical, for example static, characteristic values in the tensile test (vibration strength characteristics) and/or physical characteristic values (for example thermal conductivity, thermal expansion) can be determined.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kombination aus einer Wärmebehandlung des hinreichend großen Prüfkörpers, aus welchem beispielsweise wenigstens ein oder mehrere, normgemäße Zugproben entnommen werden können, aus zumindest einem, kurzen, sehr genau definierten Wärmebehandlungsprozessschritt und insbesondere der Möglichkeit einer in-situ-Temperaturmessung im Prüfkörper beispielsweise zur Bestätigung einer zumindest näherungsweise homogenen Temperaturverteilung im gesamten Prüfkörper und somit zur Sicherstellung eines definierten, zumindest im Wesentlichen homogenen Wärmebehandlungs-/Werkstoffzustands im gesamten Prüfkörper. Das Verfahren zielt insbesondere auf Leichtmetalle beziehungsweise Leichtmetalllegierungen ab. Ganz besonders zielt das Verfahren auf Aluminium beziehungsweise Aluminiumlegierungen ab. Diese Legierungen beziehungsweise Bauteile aus diesen Legierungen können gegossen, geschmiedet, gewalzt, aus einem Halbzeug bearbeitet oder auch teilweise oder vollständig additiv gefertigt sein.The special feature of the method according to the invention is the combination of a heat treatment of the sufficiently large test specimen, from which, for example, at least one or more standard tensile specimens can be taken, of at least one, short, very precisely defined heat treatment process step and in particular the possibility of an in-situ temperature measurement in the test specimen, for example, to confirm an at least approximately homogeneous temperature distribution in the entire test specimen and thus to ensure a defined, at least essentially homogeneous heat treatment/material condition in the entire test specimen. The method is aimed in particular at light metals or light metal alloys. The process is particularly aimed at aluminum or aluminum alloys. These alloys, or components made from these alloys, can be cast, forged, rolled, machined from a semi-finished product or even partially or completely additively manufactured.
Der Erfindung liegen insbesondere folgende Erkenntnisse zugrunde: Wärmebehandlungen zur Herstellung von Prüfkörpern und Bauteilen sind insbesondere als interner Stand der Technik bekannt. Hierzu werden oftmals, insbesondere bei Aluminiumlegierungen, Wärmebehandlungen in einem Ofen durchgeführt. Die dabei erzielten Aufheizraten sind deutlich geringer als von Interesse. Damit lassen sich Wärmebehandlungsprozesse, die beispielsweise eine sehr hohe, definierte Aufheizrate erfordern, nicht realisieren. Rasche Erwärmungen sind grundsätzlich im Salzbad möglich. Salzbadwärmebehandlungen sind oftmals umweltschädlich und verändern gegebenenfalls auch chemisch den Prüfkörper. Darüber hinaus ist es nicht möglich, die Aufheizrate zu variieren und/oder während der Aufheizung abschnittsweise unterschiedliche Aufheizraten zu fahren. Bei Eisenbasiswerkstoffen, insbesondere bei Stählen, sind Kurzzeitwärmebehandlungen bekannt. Beispielsweise Induktions-, Laser- und Elektronenstrahlhärtung. Die Wärmebehandlung zielt dabei zwar auch auf eine rasche Erwärmung auf eine Temperatur höher als die Austenitisierungstemperatur ab. Allerdings muss dabei die Zieltemperatur nicht punktgenau erreicht werden und auch nicht zeitgenau über einen längeren Zeitraum gehalten werden. Mit anderen Worten ist ein zeitgenaues Einhalten eines praktisch konstanten Zieltemperaturniveaus zum Zwecke des martensitischen Härtens von Eisenbasiswerkstoffen nicht erforderlich.The invention is based in particular on the following findings: Heat treatments for the production of test specimens and components are known in particular as internal prior art. For this purpose, heat treatments are often carried out in a furnace, particularly in the case of aluminum alloys. The heating rates achieved are significantly lower than what is of interest. This means that heat treatment processes that require a very high, defined heating rate, for example, cannot be implemented. In principle, rapid heating is possible in the salt bath. Salt bath heat treatments are often harmful to the environment and may also chemically change the test specimen. In addition, it is not possible to vary the heating rate and/or to run different heating rates in sections during the heating. Short-term heat treatments are known for iron-based materials, especially steels. For example induction, laser and electron beam hardening. The heat treatment also aims at rapid heating to a temperature higher than the austenitization temperature. However, the target temperature does not have to be reached with pinpoint accuracy and also does not have to be maintained at exactly the right time over a longer period of time. In other words, it is not necessary to maintain a practically constant target temperature level for the purpose of martensitic hardening of iron-based materials.
Bei Wärmebehandlungen, insbesondere bei Kurzzeitwärmebehandlungen, insbesondere mit Fokus auf Aluminium beziehungsweise Aluminiumlegierungen ist eine Anwendung mehrerer Energiequellen auf ein Bauteil denkbar, woraus ortsabhängig thermische Energieeinträge resultieren. Von zentralem Nachteil dabei ist jedoch, dass durch Wärmeleitungsprozesse ausgehend von diesen erwärmten Orten zwangsläufig eine Wärmeabfuhr in das Bauteil hinein stattfindet. Diese Wärmeableitung ist undefiniert. Dies führt dazu, dass die Volumenbereiche dieses wärmebeeinflussten Bauteils ortsabhängig stark unterschiedliche (Kurzzeit-)Wärmebehandlungen erfahren haben. Dadurch entwickeln sich in der Konsequenz zwangsläufig ortsabhängig unterschiedliche Gefüge- und/oder Festigkeitszustände. Dies ist für die Ermittlung von verlässlichen Kennwerten sehr nachteilig. Denn bei Entnahme eines Probekörpers aus diesem vergleichsweise inhomogenen wärmebehandelten Bauteils und bei Prüfung desselben sind keine genau definierten Werkstoffeigenschaften zu erwarten.In the case of heat treatments, in particular in the case of short-term heat treatments, in particular with a focus on aluminum or aluminum alloys, the application of several energy sources to a component is conceivable, resulting in thermal energy inputs depending on the location. The main disadvantage here, however, is that heat conduction processes, starting from these heated locations, inevitably lead to heat dissipation into the component. This heat dissipation is undefined. This means that the volume areas of this heat-affected component have undergone very different (short-term) heat treatments depending on the location. As a result, location-dependent different microstructure and/or strength states inevitably develop. This is for determining reliable characteristic values very disadvantageous. Because when a test specimen is removed from this comparatively inhomogeneous heat-treated component and when it is tested, no precisely defined material properties are to be expected.
Kurzzeitwärmebehandlungen, welche mit hochpräziser Temperatur-Zeit-Regelung durchgeführt werden, sind beispielsweise in so genannten Dilatometern und Kalorimetern möglich. Jedoch ist es dort aufgrund der kleinen Probendimensionen nicht möglich, an solchen Proben im Anschluss an die Wärmebehandlung normgerechte Zugversuche oder ähnliches durchzuführen. Die Werkstoffcharakterisierung beschränkt sich beispielsweise auf Härtemessungen.Short-term heat treatments, which are carried out with high-precision temperature-time control, are possible, for example, in so-called dilatometers and calorimeters. However, due to the small dimensions of the specimen, it is not possible to carry out standardized tensile tests or similar tests on such specimens after the heat treatment. Material characterization is limited to hardness measurements, for example.
Um die zuvor genannten Probleme und Nachteile zu lösen, kann insbesondere folgender Verfahrensablauf des Verfahrens vorgesehen sein:
- - Bereitstellung eines Prüfkörpers beispielsweise einer Probe aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise aus einer Aluminium-Gusslegierung oder einer additiv gefertigten Aluminiumlegierung; Prüfkörperdimension beispielsweise Länge 60 mm,
Breite 10 mm,Höhe 10 mm; Prüfkörperoberfläche kann optional behandelt, beispielsweise gestrahlt, sein; - - Der Prüfkörper wird wärmeisolierend aufgenommen, so dass ein Wärmeabfluss in die Umgebung möglichst vermieden und im Prüfkörper ein möglichst beziehungsweise zumindest im Wesentlichen homogenes oder zumindest annähernd homogenes Temperaturfeld erzeugt wird. Beispielsweise kann das Bauteil mit minimiertem Kontakt zwischen Spitzen aufgenommen und dabei wärmebehandelt werden. Bevorzugt kann das Bauteil (Prüfkörper) mit einer wärmeisolierenden Ummantelung, beispielsweise einer keramischen Isoliermatte, umgeben werden.
- - Der Prüfkörper wird mittels mindestens einer Energiequelle definiert erwärmt und mittels Steuerung oder Regelung auf Temperatur gehalten. Die Temperaturführung der Energiequelle zur Erzielung und Einhaltung der gewünschten Temperatur (Zieltemperatur) erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Thermoelements, welches die Bauteiltemperatur im Inneren und/oder mittels eines Pyrometers (beispielsweise eines 2-Farben-Pyrometers), welches äußerst zeitnah die auf der Bauteiloberfläche resultierende Temperatur erfasst und ermöglicht, die Energiequelle entsprechend zu steuern oder zu regeln. Als Energiequellen können verwendet werden: Beispielsweise mindestens eine Laserstrahlquelle und/oder mindestens eine Elektronenstrahlquelle und/oder mindestens eine Induktionseinheit und/oder mindestens eine Infrarotheizeinheit; besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Laserstrahlquelle. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn eine sich nicht-bewegende Laserstrahlung verwendet wird, wenn also eine Fläche stehend belichtet wird und dadurch eine definierte Zeitspanne auf Wärmebehandlungstemperatur erst vorteilhaft möglich wird. Somit ist es beispielsweise möglich, genau definierte Temperatur-Zeit-Profile während des Erwärmens und/oder des Haltens der Zieltemperatur und/oder während der Abkühlphase bereitzustellen. Im Gegensatz dazu würde ein über den Prüfkörper geführter Laserstrahl dazu führen, dass im Prüfkörper ein wanderndes Temperaturfeld resultiert, damit eine ortsabhängige Wärmebeeinflussung und somit letztendlich eine im Prüfkörper inhomogene Wärmebehandlung.
- - Die Erwärmung kann beispielsweise mit genau definierter Aufheizrate, beispielsweise einer Erwärmungsrampe und/oder Erwärmungsrate, ausgedrückt in Kelvin pro Sekunde eingestellt werden. Besonders bevorzugt liegt die Erwärmungsrampe im Bereich bis 400 Kelvin pro Sekunde, insbesondere bis 250 Kelvin pro Sekunde, besonders bevorzugt im Bereich 1 Kelvin pro Sekunde bis 100 Kelvin pro Sekunde. Grundsätzlich ist es bei der Erwärmung möglich, abschnittsweise auch unterschiedliche Aufheizraten und/oder Abkühlraten (Abkühlrampen) zu fahren.
- - Optional ist die Regelung oder Steuerung so eingestellt, dass die angepeilte Zieltemperatur beziehungsweise die Zieltemperaturen praktisch ohne Temperaturüberschwinger erhalten werden.
- - Grundsätzlich kann im Zuge dieser Wärmebehandlung eine Zieltemperatur angefahren und gehalten werden. Es ist aber möglich, dass zwei oder demgegenüber mehr unterschiedliche Zieltemperaturen und/oder unterschiedliche Haltedauern oder Haltezeiten angefahren werden. Im Folgenden wird der Vereinfachung wegen nur von einer Zieltemperatur gesprochen.
- - Die Zieltemperatur kann wiederum mittels Überwachung, beispielsweise anhand eines implementierten Thermoelements und/oder mit Hilfe mindestens eines Pyrometers, welches auf die Prüfkörperoberfläche gerichtet ist und die jeweilige Temperatur erfasst, genau gehalten werden. Besonders bevorzugt liegt die Haltezeit auf der mindestens einen Zieltemperatur bei höchstens 20 Minuten, insbesondere bei höchstens 10 Minuten und ganz insbesondere bei höchstens 5 Minuten.
- - Nach Beendigung beziehungsweise Ablauf der Haltezeit auf Zieltemperatur kann der Prüfkörper entweder ohne weitere Kühlmaßnahmen abkühlen. Alternativ kann der Prüfkörper rasch abgekühlt, beispielsweise mittels einer Wasserkühlung aktiv abgeschreckt werden. Alternativ kann aber eine über die Energiequelle gesteuerte Abkühlrate (Abkühlungsrampe) gefahren werden.
- - Provision of a test body, for example a sample made of an aluminum alloy, for example made of an aluminum cast alloy or an additively manufactured aluminum alloy; Test specimen dimension, for example length 60 mm,
width 10 mm,height 10 mm; Test specimen surface can optionally be treated, for example blasted; - The test body is accommodated in a heat-insulating manner, so that heat dissipation into the environment is avoided as far as possible and a temperature field that is as or at least substantially homogeneous or at least approximately homogeneous as possible is generated in the test body. For example, the component can be picked up with minimized contact between tips while being heat treated. The component (test specimen) can preferably be surrounded by a heat-insulating casing, for example a ceramic insulating mat.
- - The test specimen is heated in a defined manner by means of at least one energy source and kept at this temperature by means of control or regulation. The temperature control of the energy source to achieve and maintain the desired temperature (target temperature) is carried out, for example, with the help of a thermocouple, which measures the component temperature inside and/or by means of a pyrometer (e.g. a 2-color pyrometer), which very quickly measures the temperature resulting on the component surface Detects temperature and allows the energy source to be controlled or regulated accordingly. Energy sources that can be used are: for example at least one laser beam source and/or at least one electron beam source and/or at least one induction unit and/or at least one infrared heating unit; the use of a laser beam source is particularly preferred. It is particularly advantageous if a non-moving laser radiation is used, ie if a surface is exposed in a standing position and a defined period of time at the heat treatment temperature is only advantageously possible as a result. It is thus possible, for example, to provide precisely defined temperature-time profiles during heating and/or maintaining the target temperature and/or during the cooling phase. In contrast, a laser beam guided over the test specimen would result in a moving temperature field in the test specimen, resulting in a location-dependent heat influence and ultimately an inhomogeneous heat treatment in the test specimen.
- The heating can be set, for example, with a precisely defined heating rate, for example a heating ramp and/or heating rate, expressed in Kelvin per second. The heating ramp is particularly preferably in the range of up to 400 Kelvin per second, in particular up to 250 Kelvin per second, particularly preferably in the range of 1 Kelvin per second to 100 Kelvin per second. In principle, it is possible during heating to also run different heating rates and/or cooling rates (cooling ramps) in sections.
- - Optionally, the regulation or control is set in such a way that the targeted target temperature or temperatures are obtained with practically no temperature overshoots.
- - In principle, a target temperature can be approached and maintained in the course of this heat treatment. However, it is possible that two or more different target temperatures and/or different holding periods or holding times are approached. For reasons of simplification, only one target temperature is discussed below.
- The target temperature can in turn be maintained precisely by means of monitoring, for example using an implemented thermocouple and/or using at least one pyrometer which is aimed at the test body surface and records the respective temperature. The holding time at the at least one target temperature is particularly preferably not more than 20 minutes, in particular not more than 10 minutes and very particularly not more than 5 minutes.
- - After the end or the end of the holding time at the target temperature, the test specimen can either cool down without further cooling measures. Alternatively, the test specimen can be cooled quickly, for example actively quenched by means of water cooling. Alternatively, a cooling rate (cooling ramp) controlled by the energy source can be used.
Vor der, insbesondere als Kurzzeitwärmebehandlung ausgebildeten Wärmebehandlung kann der Prüfkörper örtlich oder vollständig wärmebehandelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Prüfkörper nach der insbesondere als Kurzzeitwärmebehandlung ausgebildeten Wärmebehandlung örtlich oder vollständig wärmebehandelt werden.Before the heat treatment, which is designed in particular as a short-term heat treatment, the test specimen can be heat-treated locally or completely. Alternatively or additionally, the test specimen can be heat-treated locally or completely after the heat treatment, which is in particular designed as a short-time heat treatment.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Prüfkörpers; -
2 eine schematische Schnittansicht des Prüfkörpers; -
3 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens; -
4 ein weiteres Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens; und -
5 ein weiteres Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a method for heat treatment of a test specimen; -
2 a schematic sectional view of the test body; -
3 a diagram to illustrate the method; -
4 another diagram to illustrate the process; and -
5 another diagram to illustrate the procedure.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Anhand von
Es ist denkbar, dass die Spitzen 12 beziehungsweise eine die Spitzen 12 umfassende Vorrichtung entfallen kann, so dass beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu den Spitzen 12 der Prüfkörper 10 über eine nicht näher dargestellte Vorrichtung aufgenommen, insbesondere gehalten, werden kann.It is conceivable that the
Aus
Insbesondere können durch das Verfahren die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Durchführung von insbesondere kurzen Wärmebehandlungen mit sehr exaktem Temperatur-Zeit-Verlauf
- - Möglichkeit einer geregelten Temperaturführung und einer in-situ-Temperaturmessung über den vollständigen Prozess
- - Umsetzung von schnellen Prozessen bei praktisch homogener Temperaturverteilung im gesamten Prüfkörper 10
- - Dadurch wird Spektrum von Wärmebehandlungen, insbesondere von Kurzzeitwärmebehandlungen, deutlich erweitert.
- - Insbesondere wird das Spektrum von Kurzzeitwärmebehandlungen an Aluminiumlegierungen deutlich erweitert.
- - Additiv gefertigte Proben reagieren aufgrund der Herstellroute oftmals anders als von konventionellen Materialien mit nominell gleicher chemischer Zusammensetzung bekannt.
- - Ganz insbesondere ermöglicht somit die Wärmebehandlung, die Werkstoffeigenschaften von additiv gefertigtem Material anders als bislang gezielt zu modifizieren und diese Eigenschaften auch prüfen zu können.
- - Herstellung von Prüfkörpern, an denen wichtige Werkstoffkennwerte wie beispielsweise Zugversuchsdaten oder dynamische Festigkeitskennwerte normgerecht ermittelbar sind.
- - Implementation of particularly short heat treatments with a very precise temperature-time curve
- - Possibility of controlled temperature control and in-situ temperature measurement over the entire process
- - Implementation of fast processes with practically homogeneous temperature distribution in the
entire test body 10 - - This significantly expands the range of heat treatments, especially short-term heat treatments.
- - In particular, the range of short-term heat treatments on aluminum alloys is significantly expanded.
- - Due to the manufacturing route, additively manufactured samples often react differently than conventional materials with a nominally identical chemical composition.
- - In particular, heat treatment makes it possible to specifically modify the material properties of additively manufactured material in a different way than before and also to be able to test these properties.
- - Production of test specimens on which important material parameters such as tensile test data or dynamic strength parameters can be determined in accordance with standards.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Prüfkörperspecimen
- 1212
- SpitzeGreat
- 1414
- LaserLaser
- 1616
- Pfeilearrows
- 1818
- Pyrometerpyrometer
- 2020
- Thermoelementthermocouple
- 2222
- Regeleinheitcontrol unit
- 2424
- Schichtlayer
- 2626
- Abszisseabscissa
- 2828
- Ordinateordinate
- 3030
- VerlaufCourse
- 3232
- VerlaufCourse
- 3434
- VerlaufCourse
- aa
- Erwärmungsrampewarming ramp
- bb
- Erwärmungsrampewarming ramp
- cc
- Zieltemperaturtarget temperature
- di.e
- Haltedauerholding period
- ee
- Erwärmungsrampewarming ramp
- ff
- Zieltemperaturtarget temperature
- gG
- Haltedauerholding period
- hH
- AbkühlungCooling
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102017002822 A1 [0002]DE 102017002822 A1 [0002]
- DE 102020004084 A1 [0002]DE 102020004084 A1 [0002]
Claims (10)
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0857544A2 (en) | 1997-01-27 | 1998-08-12 | Matrix GmbH, Spannsysteme und Produktionsautomatisierung | Clamping device for workpieces |
DE102009015013A1 (en) | 2009-03-26 | 2010-11-25 | Voestalpine Automotive Gmbh | Process for producing partially hardened steel components |
DE102012008245A1 (en) | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Audi Ag | Curing a component made of aluminum alloy, comprises subjecting component to stock removal, where component is artificially aged for first removal period at first aging temperature and for second aging period at second aging temperature |
DE102013212816B4 (en) | 2013-07-01 | 2016-03-24 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for producing a partially press-hardened sheet metal part by direct press hardening |
DE102017002822A1 (en) | 2017-03-23 | 2017-10-12 | Daimler Ag | Method for the short-time heat treatment of a light metal cast component, and light metal cast component |
DE102020004084A1 (en) | 2020-07-07 | 2022-01-13 | Daimler Ag | Process for post-treating a component that is at least partially additively manufactured and component |
-
2022
- 2022-02-24 DE DE102022000670.7A patent/DE102022000670A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0857544A2 (en) | 1997-01-27 | 1998-08-12 | Matrix GmbH, Spannsysteme und Produktionsautomatisierung | Clamping device for workpieces |
DE102009015013A1 (en) | 2009-03-26 | 2010-11-25 | Voestalpine Automotive Gmbh | Process for producing partially hardened steel components |
DE102012008245A1 (en) | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Audi Ag | Curing a component made of aluminum alloy, comprises subjecting component to stock removal, where component is artificially aged for first removal period at first aging temperature and for second aging period at second aging temperature |
DE102013212816B4 (en) | 2013-07-01 | 2016-03-24 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for producing a partially press-hardened sheet metal part by direct press hardening |
DE102017002822A1 (en) | 2017-03-23 | 2017-10-12 | Daimler Ag | Method for the short-time heat treatment of a light metal cast component, and light metal cast component |
DE102020004084A1 (en) | 2020-07-07 | 2022-01-13 | Daimler Ag | Process for post-treating a component that is at least partially additively manufactured and component |
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