DE19729872A1

DE19729872A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung eines metallischen Werkstückes

Info

Publication number: DE19729872A1
Application number: DE19729872A
Authority: DE
Inventors: Kwang Woo Kwon
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Volvo Construction Equipment Korea Co Ltd
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1998-01-29
Also published as: GB2315497A; JPH1068061A; GB9714827D0; KR980009500A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vor richtung zur Plasmaaufkohlung eines metallischen Werkstückes und, mehr insbesondere, auf ein Verfahren und auf eine Vor richtung zur Plasmaaufkohlung eines metallischen Werkstückes, bei denen eine verbesserte Abschrecktechnologie benutzt wird, während die Ausführung der Plasmaaufkohlung als eine Wärmebe handlungstechnologie zum Härten einer Oberfläche eines Metalls benutzt wird.

Die US 5 383 980 vom 24. Januar 1995 beschreibt ein Verfahren zum Härten von Werkstücken in einer gepulsten Plasmaentladung. Wie bei einer Aufkohlung ist es allgemein bei einer Wärmebe handlungstechnologie zum Härten der Oberfläche eines Werkstüc kes aus Metall durch Diffundieren eines Hochtemperaturplasmas notwendig, eine Abschrecktechnologie zu benutzen. Die Ab schrecktechnologie wird hauptsächlich benutzt, um die Oberflä che des Werkstückes aus Metall zu der Zeit zu härten, zu der die Wärmebehandlungstechnologie bei einer vorbestimmten Tempe ratur oberhalb der AC₃-Temperatur ausgeführt wird. Demgemäß ist bislang eine Vielfalt von Abschrecktechnologien, die zum Ausführen derselben und zum Steuern von Prozeßparametern ge eignet sind, bereits vorgeschlagen worden.

Die US 4 462 577 vom 31. Juli 1984 beschreibt eine Vorrichtung zur Gaskühlung von Werkstücken unter hohem Druck in einem Durchlaufwärmebehandlungsaufkohlofen. Bei dieser bekannten Vorrichtung enthält der Aufkohlofen eine Heizkammer und eine Kühlkammer.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Plas maaufkohlvorrichtung, die den allgemeinen Aufbau der Plas maaufkohlvorrichtung zeigt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 enthält eine Plasmaaufkohlvor richtung 10 eine Heizkammer 11 und eine Kühlkammer 12. Eine Sammelleitung 14, die sich von einem Gasversorgungssystem 13 aus erstreckt, ist mit der Heizkammer 11 verbunden. Darüber hinaus sind ein Zusatzheizelement 15 und ein Aufkohlsystem 16 in der Heizkammer 11 installiert. Ferner sind ein Aufkohlsy stem 16a, ein Gaskühlventilator 17, ein Ölheizelement 18 und ein Ölumwälzer 19 in der Kühlkammer 12 installiert.

Die Plasmaaufkohlvorrichtung 10, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, wird zur Plasmaaufkohlung eines Werkstückes aus Metall in allen Teilen der Welt in großem Umfang eingesetzt. Bei der Plasmaaufkohlvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, ist jedoch eine innere Konstitution derselben kompliziert, weil die Kühlkammer 12 während der Wärmebehandlung des metallischen Werkstückes in einem Aufkohlzustand gehalten werden muß. Das bedeutet, daß die Wärmekammer in einem Aufkohlzustand gehalten werden muß. Darüber hinaus muß ein Kühlöl, das für einen Auf kohlzustand geeignet ist, benutzt werden. Die Herstellungsko sten des Kühlöls sind hoch. Demgemäß verursacht die Herstel lung der Plasmaaufkohlvorrichtung hohe Kosten.

Dabei gibt es in der Plasmaaufkohlvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, eine große Zahl von unnötigen Vorrichtungen. Demgemäß werden die Herstellungskosten der Plasmaaufkohlvor richtung auch durch die unnötigen Vorrichtungen erhöht. Weiter ist es schwierig, die Plasmaaufkohlvorrichtung wegen der Be hinderung durch die Vorrichtungen, wegen des Lärms und wegen elektromagnetischer Wellen zu warten und zu reparieren. Des halb kann ein normaler Arbeiter, nicht ein geschulter Spezia list, nicht ohne weiteres Arbeiten ausführen, die sich auf die Wartung und die Reparatur der Plasmaaufkohlvorrichtung bezie hen.

Darüber hinaus sind die Wartungskosten der Plasmaaufkohlvor richtung noch. Es gibt eine Grenze für den Platz zum Instal lieren der Plasmaaufkohlvorrichtung. Weiter, die Heizkammer, welches eine Aufkohlkammer ist, kann während der Kühlung des metallischen Werkstückes kontaminiert werden. In bezug auf die Benutzung der Plasmaaufkohlvorrichtung ist der Koeffizient der Nutzung von öffentlicher Ausrüstung hoch. Schließlich ist die Zeit, die zum Überführen des metallischen Werkstückes aus der Heizkammer in die Kühlkammer benötigt wird, sehr lang. Dadurch wird die Qualität der Wärmebehandlung verschlechtert.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Lösung der vor genannten Probleme.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Plasmaaufkohlung eines Werkstückes aus Metall zu schaffen, die niedrige Herstellungskosten verursachen.

Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung eines Werkstückes aus Metall zu schaffen, die den Betrieb und eine Reparatur erleichtern.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung eines Werkstückes aus Metall zu schaffen, die in der Lage sind, die Produktivität des Werk stückes aus Metall, das aufgekohlt wird, und die Qualität ei ner Wärmebehandlung zu steigern.

Zum Erreichen der obigen Ziele schafft die Erfindung gemäß ei nem ersten Aspekt ein Verfahren zur Plasmaaufkohlung eines me tallischen Werkstückes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufkohlen (S1) des metallischen Werkstückes durch Erzeugen ei nes Plasmas innerhalb einer Aufkohlkammer;
Entnehmen (S2) des metallischen Werkstückes in Schritten (S1) aus der Aufkohlkammer bei der normalen Temperatur; und
Abschrecken (S3) des metallischen Werkstückes in Schritten (S2) in einer Kühlkammer.

Zum Erzielen der obigen Ziele schafft die Erfindung gemäß ei nem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung eines metallischen Werkstückes, gekennzeichnet durch:
eine Aufkohlkammer zum Aufkohlen des metallischen Werkstückes durch Erzeugen eines Plasmas;
eine Kühlkammer zum Abschrecken des metallischen Werkstückes, das unter Verwendung des Plasmas aufgekohlt wird; und
eine Überführeinrichtung zum Überführen des metallischen Werk stückes aus der Aufkohlkammer in die Kühlkammer in dem Zu stand, in welchem das metallische Werkstück aus der Aufkohl kammer mit der normalen Temperatur entnommen wird.

Die Aufkohlkammer enthält ein Ladedeck zum Laden des metalli schen Werkstückes und einen Deckel zum Öffnen und Verschließen der Aufkohlkammer, wobei das Ladedeck einstückig mit dem Dec kel ausgebildet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Plasmaaufkohlvorrichtung, die den allgemeinen Aufbau der Plasmaaufkohlvorrichtung zeigt;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Plasmaaufkohl vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung, die den Aufbau der Plas maaufkohlvorrichtung zeigt; und

Fig. 3 ein Diagramm, das die Änderung der Temperatur über der Überführungszeit eines metallischen Werkstückes in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin dung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Plasmaaufkohlvor richtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung, die den Aufbau der Plasmaaufkohlvorrichtung zeigt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 hat eine Plasmaaufkohlvorrich tung 30 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Aufkohlkammer 30 zur Plasmaaufkohlung eines Werkstückes aus Metall. Mehrere Rohre (nicht gezeigt) zum Versorgen der Aufkohlkammer 30 mit Aufkohlgas und Innertgas sind mit der Aufkohlkammer 30 verbunden. Das Innertgas steigert einen inne ren Druck der Aufkohlkammer 30 zu der Zeit, zu der das Innert gas in die Aufkohlkammer 30 eingeleitet wird.

Eine Kühlkammer 33 ist in einer Position benachbart zu der Aufkohlkammer 32 installiert. Eine gegabelte Vorschubschiene 34 ist oberhalb der Aufkohlkammer 30 und der Kühlkammer 33 in stalliert und wird durch eine Halteschiene 35 gehalten. Die gegabelte Vorschubschiene 34 ist in einer vorbestimmten Höhe mit Abstand von der Aufkohlkammer 30 und der Kühlkammer 33 an geordnet.

Ein Laufkran 36 ist an einer unteren Oberfläche der gegabelten Vorschubschiene 34 installiert. Der Laufkran 36 kann längs der unteren Oberfläche der gegabelten Vorschubschiene 34 in der horizontalen Richtung laufen. Eine Stange 37 ist an der unte ren Oberfläche der gegabelten Vorschubschiene 34 installiert. Die Stange 37 kann sich auf- und abbewegen. Das distale Ende der Stange 37 ist mit einer oberen Oberfläche eines Deckels 38 verbunden. Der Deckel 38 bedeckt einen oberen Teil der Auf kohlkammer 32 zu der Zeit, zu der das metallische Werkstück in der Aufkohlkammer 32 aufgekohlt wird. Darüber hinaus bedeckt der Deckel 38 einen oberen Teil der Kühlkammer 33 zu der Zeit, zu der das metallische Werkstück in der Kühlkammer 33 abge kühlt wird.

Ein Ladedeck 39 zum Laden des metallischen Werkstückes 31 ist einstückig mit einem unteren Teil des Deckels 38 durch eine Verbindungsstange 40 ausgebildet. Demgemäß bewegen sich der Deckel 38 und das Ladedeck 39 gemäß dem Betrieb der Stange 37 gemeinsam auf und ab.

Im folgenden wird der Prozeß zum Betreiben der Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung eines Werkstückes aus Metall mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen kurz beschrieben.

Erstens, wenn eine Bedienungsperson ein metallisches Werkstück 31 aufkohlen möchte, lädt die Bedienungsperson das metallische Werkstück 31 auf das Ladedeck 39. Dann bewegt die Bedienungs person das Ladedeck 39 zu dem oberen Teil der Aufkohlkammer 32 unter Verwendung des Laufkrans 36. Daran anschließend bewegt die Bedienungsperson die Stange 37, mit welcher der Deckel 38 und das Ladedeck 39 einstückig verbunden sind, bis der Deckel 38 den oberen Teil der Aufkohlkammer 32 bedeckt. Dann ist das Ladedeck 39, auf welchem das Werkstück 31 geladen ist, in dem Inneren der Aufkohlkammer 32 positioniert.

In diesem Zustand hält die Bedienungsperson die Aufkohlkammer 32 in einem Aufkohlzustand. Dann kohlt die Bedienungsperson das metallische Werkstück 31 unter Verwendung eines Plasmas mit einer geeigneten Temperatur und für eine geeignete Zeit gemäß den Prozeßparametern auf, die für eine chemische Kompo nente des metallischen Werkstückes 31 geeignet sind. Daran an schließend leitet die Bedienungsperson ein Argongas in die Aufkohlkammer 32 ein, während die Aufkohlkammer 32 auf einer hohen Temperatur gehalten wird, wodurch ein innerer Druck der Aufkohlkammer 32 bis auf atmosphärischen Druck ansteigt.

Danach werden, wenn die Bedienungsperson die Stange 37 nach oben bewegt, der Deckel 38, der mit der Stange 37 verbunden ist, und das metallische Werkstück 31, das auf dem Ladedeck 39 geladen ist und aufgekohlt ist, aus der Aufkohlkammer 32 her ausgezogen. Dann bewegt die Bedienungsperson das Ladedeck 39, auf welchem das metallische Werkstück 31 geladen ist, zu dem oberen Teil der Kühlkammer 33 durch Bewegen des Laufkrans 36 längs der gegabelten Vorschubschiene 34. Daran anschließend bewegt die Bedienungsperson die Stange 37 des Laufkrans 36 nach unten, wodurch das Ladedeck 39 in die Kühlkammer 33 ein geführt wird. Infolgedessen kann das metallische Werkstück 31, das auf dem Ladedeck 39 geladen ist, direkt abgeschreckt wer den.

Zu dieser Zeit ist es wichtig, daß auf das metallische Werk stück 31 für eine Zeit die Atmosphäre einwirkt. Das ist ein wichtiger Faktor zum Erzielen einer Wärmebehandlung von guter Qualität. Wenn die Temperatur der Oberfläche des metallischen Werkstückes 31 nicht unter die AC₃-Temperatur sinkt, wird die Qualität der Wärmebehandlung während des Abschreckens des me tallischen Werkstückes 31 nicht verschlechtert. Darüber hinaus nimmt die totale Transformation des metallischen Werkstückes 31 gemäß der Wärmebehandlung ab. Das wird durch Fig. 3 bestä tigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Änderung der Temperatur in bezug auf die Überführungszeit eines metallischen Werkstückes in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 sinkt, wenn die gesamte Über führungszeit des metallischen Werkstückes 31 innerhalb von etwa zwei Minuten und vorzugsweise innerhalb von etwa einein halb Minuten liegt, die Temperatur der Oberfläche des metalli schen Werkstückes 31 nicht unter die AC₃-Temperatur. Darüber hinaus ist eine Bildung eines Oxidationsfilms auf der Oberflä che des metallischen Werkstückes 31 aufgrund der Einwirkung durch die Atmosphäre nicht viel anders, als wenn das metalli sche Werkstück 31 durch Verwendung von Gas aufgekohlt wird.

Die Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung, wie sie oben beschrieben worden ist, arbeitet mit der Überführungsvorrichtung und dem Ladedeck, die einfacher sind als diejenigen der herkömmlichen Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung einschließlich der Heizkammer und der Kühlkammer. Darüber hinaus schafft das Verfahren, wie es oben beschrieben ist, die Wärmebehandlungstechnologie unter Verwendung des Plasmas, die der herkömmlichen Wärmebehand lungstechnologie überlegen ist. Die Wärmebehandlungstechnolo gie kann benutzt werden, um die Oberflächen einer Vielfalt von Maschinenteilen zu härten.

Dieser Prozeß kann gesteuert werden, indem ein einfacher Schalter betätigt wird. Das heißt, wenn die Bedienungsperson einen Startknopf drückt, damit eine Vielfalt von Prozeßparame tern wie Behandlungstemperatur, Behandlungszeit und Kühlzu stand eingegeben werden, läuft der gesamte Prozeß der Reihe nach ab. Dann kann das metallische Werkstück, das zum Härten seiner Oberfläche wärmebehandelt wird, erzielt werden. Es ist infolgedessen möglich, den Anteil der Arbeitskosten, die in den Prozeßkosten enthalten sind, zu reduzieren. Darüber hinaus ist es möglich, ein System zu erzielen, das einfach gewartet und repariert werden kann, weil die Vorrichtung zur Plasmaauf kohlung das einfache Kühlsystem aufweist.

Bei der Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung nach der Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, wird die verbesserte Abschreck technologie während der Ausführung der Plasmaaufkohlung ver wendet. Es ist demgemäß möglich, die Fertigungskosten der Vor richtung zur Plasmaaufkohlung zu reduzieren. Darüber hinaus ist es bequem, den Prozeß in Relation zu dem Betrieb der Vor richtung zur Plasmaaufkohlung auszuführen. Weiter ist es mög lich, die Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung auf einfache Weise zu warten und zu reparieren.

Darüber hinaus ist es möglich, eine Vorrichtung zur Plasmaauf kohlung, die eine gute Qualität hat, zu relativ niedrigen Ko sten herzustellen. Weiter werden die Produktivität des metal lischen Werkstückes, das plasmaaufgekohlt wird, und die Quali tät der Wärmebehandlung stark verbessert. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung nach der Erfindung die Prozeßkosten reduzieren durch Reduzieren der Prozeßzeit auf die Zeit, in der mehrere Maschinenteile, die zum Übertragen einer Antriebskraft benutzt werden, wärmebehandelt werden. Darüber hinaus ist es möglich, der Vorrichtung zur Plasmaauf kohlung ein geringes Gewicht zu geben, indem die Verschleißfe stigkeit und die Dauerfestigkeit maximiert werden.

Claims

1. Verfahren zur Plasmaaufkohlung eines metallischen Werkstüc kes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufkohlen (S1) des metallischen Werkstückes durch Erzeugen ei nes Plasmas innerhalb einer Aufkohlkammer;
Entnehmen (S2) des metallischen Werkstückes in Schritten (S1) aus der Aufkohlkammer bei der normalen Temperatur; und
Abschrecken (S3) des metallischen Werkstückes in Schritten (S2) in einer Kühlkammer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zum Überführen des metallischen Werkstückes in den Schritten (S1) aus der Aufkohlkammer zu der Kühlkammer unter zwei Minuten liegt.

3. Vorrichtung zur Plasmaaufkohlung eines metallischen Werk stückes, gekennzeichnet durch:
eine Aufkohlkammer (30) zum Aufkohlen des metallischen Werk stückes (31) durch Erzeugen eines Plasmas;
eine Kühlkammer (33) zum Abschrecken des metallischen Werkstückes (31), das unter Verwendung des Plasmas aufgekohlt wird; und
eine Überführeinrichtung (36-40) zum Überführen des metalli schen Werkstückes (31) aus der Aufkohlkammer (30) in die Kühl kammer (33) in dem Zustand, in welchem das metallische Werk stück (31) aus der Aufkohlkammer (30) mit der normalen Temperatur entnommen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkohlkammer (30) ein Ladedeck (39) zum Laden des metal lischen Werkstückes (31) und einen Deckel (38) zum Öffnen und Verschließen der Aufkohlkammer (30) aufweist, wobei das Ladedeck (39) einstückig mit dem Deckel (38) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladedeck (39) und der Deckel (38) gleichzeitig in die Kühlkammer (33) überführt werden und daß der Deckel (38) wei ter die Kühlkammer (33) verschließt und öffnet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Überführeinrichtung (34-40) eine Stange (37) aufweist zum Auf- und Abbewegen eines Werkstückes (31) sowie eine gegabelte Vorschubschiene (34) mit einem Laufkran (36) zum Bewegen eines Werkstückes (31) in horizontaler Rich tung.