DE10330400A1

DE10330400A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschrecken eines Gussteils

Info

Publication number: DE10330400A1
Application number: DE10330400A
Authority: DE
Inventors: Markus Belte
Original assignee: ALUTEC BELTE AG; ALUTEC-BELTE AG
Current assignee: BELTE AG, 33129 DELBRUECK, DE
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-20
Also published as: PL1651788T5; WO2005007917A3; EP1651788B9; AT12609U1; DE20320840U1; PL1651788T3; EP1651788A2; EP1651788B1; EP1651788B2; WO2005007917A2; DE502004007161D1; ATE395443T1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall, wobei das Gussteil mit einem Abschreckmedium beaufschlagt wird, wobei das Gussteil mittels eines gasförmigen Abschreckmediums abgeschreckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Gussteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Abschrecken eines Gussteils.
Aus der DE 100 16 187 A1 ist ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils aus Metall bekannt, bei dem das Gussteil mit einem flüssigen Abschreckmedium beaufschlagt wird. Durch eine selektive lokale Vorabschreckung des Gussteiles sollen spannungsarme und gut gehärtete Funktionalbereiche erzeugt werden.
Aus der DE 198 56 940 C1 ist ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils aus Metall bekannt, bei dem eine Abkühlung des auf 250°C bis 400°C erwärmten Gussteiles in ruhender Luft erfolgt. Eine Abschreckung des Gussteils ist nicht vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils bzw. ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Gussteils und eine Vorrichtung zur Durchführung der genannten Verfahren derart anzugeben, dass ein verzugsminimiertes Gussteil mit an die Form desselben angepassten verbesserten mechanischen Eigenschaften hergestellt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Patentanspruch 1 besteht darin, dass im Vergleich zur Abschreckung mittels eines flüssigen Abschreckmediums der Verzug des Gussteils wesentlich verringert werden kann. Hierdurch ergibt sich eine Materialeinsparung, eine Energieeinsparung sowie eine Einsparung von Spänen, die bei der spanenden Weiterverarbeitung anfallen. Weiterhin ergeben sich durch das erfindungsgemäße Abschreckungsverfahren kürzere Zykluszeiten, weil eine schnellere Erstarrung der Kristallbestandteile eintritt.
Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von beispielsweise Rädern, die über ungleichförmige Wanddicken verfügen, dass die Festigkeitswerte bzw. Härtewerte an die Erfordernisse der unterschiedlichen Segmente des Gussteils optimal angepasst wer den. Die Abkühlungsbedingungen sind dabei optimal an die unterschiedliche Wanddicken aufweisenden Segmente des Rades angepasst.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 erfolgt die Abschreckung durch das Zuführen von Raumluft einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit, so dass der herstellungstechnische Aufwand relativ niedrig gehalten werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Wärmebehandeln die Merkmale des Patentanspruchs 6 auf.
Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 6 verbesserte mechanische Eigenschaften des Gussteils sowie eine Verzugsminimierung. Dies wird erreicht durch die optimale Abstimmung der Verfahrensschritte "Lösungsglühen", "Abschrecken" und "Wärmeauslagern".
Zur Lösung der Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 10 auf.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Patentanspruch 10 besteht darin, dass durch die gesteuerte Abschreckung mittels eines gasförmigen Abschreckmediums eine gezielte Verteilung von unterschiedlichen Festigkeitswerten bzw. Härtewerten im Gussteil ermöglicht wird. Vorrangiges Ziel der Erfindung ist nicht ein möglichst schnelles Abschrecken, sondern ein gesteuertes Abschrecken des Gussteils, bei dem zwischen Segmenten des Gussteils ein gleitender Übergang hinsichtlich der Festigkeits- bzw. Härtewerte erfolgt. Insbesondere bei unter schiedliche Wanddicken aufweisenden Gussteilen, wie beispielsweise Rädern, Zylinderköpfen etc., erfolgt eine langsamere Abkühlung der von dem Eintritt des Abschreckmediums entfernt angeordneten Gussteilbereichen höherer Wandstärke. Bei einem Rad weist somit der Nabenbereich eine geringere Härte auf als ein Hornbereich der Felge, der eine geringere Wandstärke aufweist und den Durchlässen des einströmenden Abschreckmediums zugewandt ist. Die Festigkeitsverteilung verläuft kontinuierlich in radialer Richtung von einem inneren Speichenbereich geringer Festigkeit zu einem äußeren Speichenbereich höherer Festigkeit. Vorteilhaft entstehen hierdurch Dämpfungseigenschaften des Rades, die sich günstig bei Dauerbelastung bzw. extremer Belastung des Rades eines Kraftfahrzeugs einstellen. Zum einen ist sichergestellt, dass die sicherheitsrelevanten Gussteilbereiche, wie das Horn bzw. das Felgenbett, eine maximale mechanische Festigkeit bzw. Härte aufweisen. Der dickere und senkrecht zur Felge verlaufende Naben- bzw. Speichenbereich, dessen Wanddicke wesentlich größer gewählt ist, kann weniger hart ausgebildet sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist das Gussteil in einer Aufnahme gelagert, die über Durchlässe zum Eintritt des gasförmigen Abschreckmediums verfügt. Auf der dem Gussteil abgewandten Seite ist ein Gebläse angeordnet, das das Abschreckmedium ansaugt und entsprechend einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit durch die Durchlässe in die Aufnahme drückt. Das Gebläse ist mit einer Steuerschaltung verbunden, die in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen die Strömungsgeschwindigkeit des Abschreckmediums einstellt bzw. regelt. Vorteilhaft können auf diese Weise die Strömungsgeschwindig keiten an die Erfordernisse des Abschreckvorgangs angepasst werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Rades,
2 ein Schnitt durch das Rad entlang der Linie II-II gemäß 1, das als Gussteil in einer Aufnahme einer Vorrichtung zur Abschreckung des Gussteils angeordnet ist und
3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die Abschreckung des Gussteils.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung eines Rades 1 gemäß 1. Das Rad 1 ist als Leichtmetallrad, vorzugsweise hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, ausgebildet. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung von beispielsweise Zylinderköpfen oder Kurbelgehäusen eingesetzt werden.
Das Leichtmetallrad 1 gemäß 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einer Felge 2, einem Nabenbereich 3 und einer Mehrzahl von radial von dem Nabenbereich 3 nach außen verlaufende Speichen 4.
Zur Herstellung eines solchen Leichtmetallrades 1 wird in einer nicht dargestellten Gussform ein Druckgussteil aus einer Aluminiumlegierung (Aluminium-Silizium-Magnesium- Legierung, AlSiMg) gegossen. Das Gussteil 1 wird durch Druckguss hergestellt. Es kann mit Hilfe eines Sandgussverfahrens in einer Sandform hergestellt sein oder durch einen Kokillenguss.
Nach dem Gießen kann das Gussteil einer Röntgenuntersuchung unterzogen werden, um gegebenenfalls unerwünschte Löcher zu identifizieren.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Lösungsglühen des Gussteils 1, bei dem das Gussteil 1 für sechs Stunden auf eine Temperatur von etwa 535°C gehalten wird. Das Lösungsglühen kann in Abhängigkeit von der Form des Gussteils 1 bei einer Lösungsglüh-Temperatur zwischen 500°C und 550°C erfolgen. Die Lösungsglühzeit kann in einem Bereich von vier bis acht Stunden liegen.
In einem weiteren Schritt erfolgt die Abschreckung des Gussteils 1 mittels eines gasförmigen Abschreckmediums. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient als Abschreckmedium die Raumluft, die mittels eines Gebläses 5 angesaugt und mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit in eine Aufnahmekammer 6 geleitet wird, in der das Gussteil 1 angeordnet ist. wie aus 2 zu ersehen ist, ist das Gussteil mit einem hintere Horn 7 der Felge 2 auf einem gitterförmigen Boden 8 positioniert. Der Boden 8 weist in einem regelmäßigen Abstand angeordnete Durchlässe 9 bzw. Schlitze auf, durch die die Raumluft entsprechend Pfeilrichtung 10 in die Aufnahmekammer 6 einströmen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit der Raumluft kann in einem Bereich von 30 bis 70 m/s liegen. Während des Abschreckungsprozesses wird das Gussteil 1 innerhalb von wenigen Minuten, beispielsweise innerhalb von zwei bis drei Minuten, von 535°C auf 150°C abgekühlt. Die Anfangstemperatur des Gussteils 1 kann in einem Bereich von 490°C bis 540°C liegen.
Die Wanddicke d₁ der Felge 2 ist wesentlich kleiner als die Wanddicke da des Nabenbereichs 3 bzw. der Speichen 4. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Wanddicke d₁ 3 mm bis 8 mm und die Wanddicke d₂ 30 mm bis 70 mm betragen.
Das Gussteil 1 liegt durch sein Eigengewicht auf dem gitterförmigen Boden 8 auf. Durch die Anordnung der Felge 2, die sich im wesentlichen parallel zur Luftströmungsrichtung 10 erstreckt und die auf einer den Durchlässen 9 zugewandten Seite des Druckgussteils 1 angeordnet ist, sowie dem Umstand, dass die Wanddicke d₁ der Felge 2 wesentlich geringer ist als die Wanddicke d₂ des restlichen Teils des Druckgussteils 1, erfolgt eine schnellere Abkühlung des Felgenbereichs 2 als die des Naben-/Speichenbereichs 3, 4. Die Temperatur t₁ im Bereich der Felge 2 ist während des Abschreckvorganges kleiner als die Temperatur t₂ im Nabend-/Speichenbereich 3, 4. Die Felge 2 dient quasi als Kühlrippe für die Abkühlung des Naben-/Speichenbereichs 3, 4 und begünstigt somit einen Temperaturausgleich, wobei sich ein gleitender Übergang der Festigkeits- bzw. Härtewerte von dem hinteren Horn 7 bzw. von dem Felgenbett 2 in Richtung des Nabenbereichs 3 vollzieht. Beispielsweise kann das Felgenbett einen Härtewert haben, der 10% bis 20% höher ist als der Härtewert im Bereich der Nabe 3 des Gussteils 1. Während im Bereich der Felge 2 ein hoher Festigkeitswert gebildet wird, ist der Festigkeitswert im Bereich der Nabe 3 wesentlich geringer, so dass in vorteilhafter Weise die Dämpfungseigenschaften des Leichtmetall rads 1 beim Einsatz beispielsweise in einem Kraftfahrzeug wesentlich verbessert werden können. Dynamische mechanische Beanspruchungen können wesentlich besser aufgenommen werden, ohne dass eine Beschädigung des Rades 1 eintritt. Vorteilhaft stellt sich eine Erhöhung des Dämpfungskomforts ein. Achsschäden können insbesondere bei Felgen großer Breite vermieden werden.
Diese genannten Erscheinungen bzw. Vorteile ergeben sich im wesentlichen durch den erfindungsgemäßen Abschreckvorgang.
Nach dem Abschreckvorgang wird das Gussteil 1 einer Wärmeauslagerung unterzogen, die eine Dauer von 30 Minuten bis 10 Stunden haben kann. Die Wärmeauslagerungszeit für das beschriebene Gussteil 1 kann 5 Stunden betragen, wobei die Temperatur in einem Bereich zwischen 155°C und 200°C gehalten wird.
In einem weiteren Schritt wird das Gussteil 1 dann einer spanenden Bearbeitung zugeführt.
Wie aus 3 zu ersehen ist, ist dem Gebläse 5 eine Steuereinrichtung ST zugeordnet, die die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Gebläse 5 in die Aufnahmekammer 6 eingeleiteten Raumluftstromes einstellt bzw. regelt. Die Steuereinrichtung ST weist elektronische Steuermittel auf, derart, dass ein Ventilator des Gebläses 5 beispielsweise bei einer Raumtemperatur von 20°C eine Strömungsgeschwindigkeit von 40 m/s erzeugt. Bei einer erhöhten Raumtemperatur von 30°C bewirkt die Steuerschaltung 11 eine Erhöhung der Drehzahl des Gebläses 5, so dass beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s erzielt wird.

Claims

Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall, wobei das Gussteil mit einem Abschreckmedium beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) mittels eines gasförmigen Abschreckmediums abgeschreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) mittels Luft einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit abgeschreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) von Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 30 m/s bis 70 m/s umströmt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit abhängig von der Geometrie des Gussteils (1) und/oder den Umgebungsbedingungen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) von Raumluft umströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) mit aufrechten Wandungen (2) auf einem mit Durchlässen (9) versehenen Boden (8) positioniert wird und dass die Luft senkrecht zur Ebene des Bodens (8) in Richtung des Gussteils (1) geleitet wird.
Verfahren zum Wärmebehandeln eines Gussteils aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall, wobei das Gussteil gegossen wird, lösungsgeglüht wird, mittels eines Abschreckmediums abgeschreckt wird und mit einer Wärmeauslagerung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass das Gussteil (1) in einer Zeit von vier bis acht Stunden bei einer vorgegebenen Lösungsglüh-Temperatur zwischen 500°C bis 550°C lösungsgeglüht wird, – dass das Gussteil (1) von der Lösungsglüh-Temperatur innerhalb von wenigen Minuten durch Umströmung eines gasförmigen Abschreckmediums abgeschreckt wird und – dass das Gussteil (1) für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 10 Stunden bei einer Temperatur in einem Bereich von 155°C bis 200°C der Wärmeauslagerung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) durch Druckgießen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung (AlSiMg) hergestellt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung eines Rades (1) oder eines Zylinderkopfes oder eines Kurbelgehäuses.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch – eine Aufnahmekammer (6), in der mindestens ein Gussteil (1) auf einem mit Durchlässen (9) versehenen Boden (8) positioniert ist, und – ein Gebläse (5), das auf einer dem Gussteil (1) abgewandten Seite des Bodens (8) angeordnet ist, zur Erzeugung einer Strömung des gasförmigen Abschreckmediums in Richtung des Gussteils (1).
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (5) mit einer Steuereinrichtung (ST) verbunden ist, derart, dass abhängig von den Umgebungsbedingungen und/oder der Dimensionierung des Gussteils (1) die Strömungsgeschwindigkeit des in die Aufnahmekammer (6) eingeleiteten Abschreckmediums eingestellt bzw. geregelt wird.