DE19853221A1 - Process for chilling metallic workpieces after heat treatment comprises contacting the workpiece with a super-cooled medium or super-cooled cooler - Google Patents
Process for chilling metallic workpieces after heat treatment comprises contacting the workpiece with a super-cooled medium or super-cooled coolerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke nach einer Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen, wobei die Abschreckung entweder im Ofen selbst oder einer gasdichten Kammer durchgeführt wird.The invention relates to a method for quenching metallic workpieces a heat treatment in a heat treatment furnace, the quenching is carried out either in the furnace itself or in a gas-tight chamber.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke, bestehend aus einem Wärmebehandlungsofen, der neben den für die Wärmebehandlung erforderlichen Einrichtungen Mittel für die Abschreckung im Wärmebehandlungsofen aufweist, wobei die Mittel für die Abschreckung des Werkstückes als eine, vorzugsweise gasdicht ausgebildete Kammer, in der über das abzuschreckende Werkstück ein Kühlgasstrom geführt wird, ausgebildet sind, oder bestehend aus einer gasdichten Kammer, die Mittel für die Abschreckung aufweist.The invention further relates to a device for quenching metallic Workpieces consisting of a heat treatment furnace, which in addition to those for the Heat treatment facilities necessary for deterrence in the Has heat treatment furnace, the means for quenching the Workpiece as a, preferably gas-tight chamber, in which workpiece to be quenched, a cooling gas flow is formed, or consisting of a gas-tight chamber which has means for deterrence.
Bei gattungsgemäßen Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke nach einer Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen, wobei die Abschreckung entweder im Ofen selbst oder einer gasdichten Kammer durchgeführt wird, werden als Kühlgas(e) Stickstoff, Helium, Wasserstoff, Gemische aus Helium und Wasserstoff verwendet. Zudem wird die Kühlgasgeschwindigkeit v so eingestellt wird, daß das Produkt aus Kühlgasdruck p und Kühlgasgeschwindigkeit v einen Wert zwischen 10 und 240 MPa m/sec und mehr annimmt.In generic methods for quenching metallic workpieces a heat treatment in a heat treatment furnace, the quenching is carried out either in the furnace itself or in a gas-tight chamber Cooling gas (s) nitrogen, helium, hydrogen, mixtures of helium and hydrogen used. In addition, the cooling gas velocity v is set so that the Product of cooling gas pressure p and cooling gas velocity v a value between 10 and assumes 240 MPa m / sec and more.
Aus der EP-A 0 869 189 ist ein Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke nach einer Wärmebehandlung bekannt, bei dem ein Kühlgasdruck p im Ofen oder der Abschreckkammer von mehr als 4 MPa (40 bar), vorzugsweise von mehr als 4 MPa und bis zu 5,5 MPa, eingestellt wird.EP-A 0 869 189 describes a method for quenching metallic workpieces after a heat treatment, in which a cooling gas pressure p in the furnace or Quench chamber greater than 4 MPa (40 bar), preferably greater than 4 MPa and up to 5.5 MPa.
Derartige Abschreckverfahren liefern bereits befriedigende Abkühlgeschwindigkeiten des metallischen Behandlungsgutes, jedoch gibt es Anwendungsfälle - bspw. bei niedrig legierten Stählen - in denen eine noch weitergehende Abkühlleistung wünschenswert wäre. Die Abkühlleistungen über Druck- und/oder Gasgeschwindig keitseinstellungen können jedoch nicht beliebig weit gesteigert werden, da mit dem genannten Verfahren bereits in Druckbereiche vorgedrungen wird, die bereits sehr hoch liegen und die zudem, hinsichtlich der Anlagentechnik und der Motorleistung der notwendigen Gasumwälzventilatoren, anspruchsvolle Ausführungen erfordern.Such quenching processes already provide satisfactory cooling rates of the metallic material to be treated, but there are applications - for example low-alloy steels - in which an even further cooling performance would be desirable. The cooling capacities via pressure and / or gas speed However, speed settings cannot be increased as much as required mentioned method is already penetrated into pressure areas that are already very are high and also, in terms of system technology and engine performance of the necessary gas circulation fans, demanding designs.
Neben den erwähnten Abschreckverfahren sind seit längerem Abschreckprozesse bekannt, bei denen das Behandlungsgut in einem Ölbad abgeschreckt wird. Diese Prozesse sind jedoch insbesondere aus Umweltschutzgründen als nachteilig anzusehen.In addition to the mentioned quenching processes, there have been quenching processes for a long time known in which the material to be treated is quenched in an oil bath. This However, processes are disadvantageous, particularly for environmental reasons to watch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke nach einer Wärmebehandlung anzugeben, das bzw. die noch schnellere Abkühlgeschwindigkeiten ermöglicht. Zudem soll sich der dafür erforderliche anlagentechnische Aufwand in einem vernünftigen Rahmen halten.The object of the present invention is to provide a method and an apparatus for Specify the deterrence of metallic workpieces after heat treatment, that enables even faster cooling speeds. In addition, should the plant engineering effort required for this within a reasonable framework hold.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies dadurch gelöst, daß das abzuschreckende Werkstück mit wenigstens einem unterkühltem Medium und/oder wenigstens einem unterkühltem Kühler in Wirkverbindung gebracht wird. Dadurch wird, insbesondere im oberen Temperaturbereich, der hohe Anteil an Strahlungs energie wirkungsvoll aufgenommen.According to the inventive method, this is solved in that the workpiece to be quenched with at least one supercooled medium and / or is brought into operative connection with at least one supercooled cooler. Thereby becomes, especially in the upper temperature range, the high proportion of radiation energy absorbed effectively.
Hierbei handelt es sich bei dem unterkühlten Medium vorzugsweise um ein gasförmiges oder flüssiges Medium.The supercooled medium is preferably a gaseous or liquid medium.
Es ist bekannt, daß bei einem Abschreckprozeß für die erzielten Werkstoffeigen schaften, entsprechend dem materialspezifischen ZTU-Schaubild, die ersten Sekunden, insbesondere die ersten 20 Sekunden der Abkühlung von entscheidender Bedeutung sind. Deshalb ist es insbesondere sinnvoll, daß das abzuschreckende Werkstück zu Beginn oder im wesentlichen in der Anfangsphase des Abschreck prozesses mit wenigstens einem unterkühltem Medium und/oder wenigstens einem unterkühltem Kühler in Wirkverbindung gebracht wird, die höchste Kühlleistung somit zu Beginn oder im wesentlichen in der Anfangsphase des Abschreckprozesses realisiert wird. It is known that in a quenching process for the material obtained according to the material-specific ZTU diagram, the first Seconds, especially the first 20 seconds of cooling down from crucial Meaning. Therefore, it is particularly useful that the deterrent Workpiece at the beginning or essentially in the initial phase of the quenching process with at least one supercooled medium and / or at least one supercooled cooler is brought into operative connection, the highest cooling capacity at the beginning or essentially in the initial phase of the quenching process is realized.
Eine Temperaturabsenkung der Kühlgastemperatur um ca. 100°C wirkt sich besonders positiv auf die dynamische Zähigkeit des Gases aus. Dadurch kommt es bei ansonsten gleichen Parametern zu einem Anstieg der Abkühlgeschwindigkeit um ca. 30%.A temperature reduction of the cooling gas temperature by approx. 100 ° C has an effect particularly positive on the dynamic toughness of the gas. That’s what happens with otherwise identical parameters to an increase in the cooling rate about 30%.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise hat mehrere Vorteile zur Folge:
The procedure according to the invention has several advantages:
- - Möglichkeit der Verringerung des Ausgangsgasdruckes- Possibility of reducing the initial gas pressure
- - Verringertes Anlagenvolumen- Reduced system volume
- - Erweiterung der Werkstoffpalette- Expansion of the range of materials
- - Im Falle der Verwendung von Flüssiggasen als Kältemittel können diese innerhalb des Prozesses weiterverwendet werden- In the case of using liquid gases as refrigerants, these can be used within of the process can continue to be used
- - Fahren von optimalen Abkühlungskurven.- Driving optimal cooling curves.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke weiterbildend wird vorgeschlagen, daß das In-Wirkverbindung-Bringen des abzuschreckenden Werkstückes mit wenigstens einem unterkühltem Medium und/oder wenigstens einem Kühler in dem Ofen oder in der gasdichten Kammer, in dem oder in der das Werkstück abgeschreckt wird, erfolgt.The method according to the invention for quenching metallic workpieces further training is proposed that bringing the workpiece to be quenched with at least one supercooled medium and / or at least one cooler in the furnace or in the gas-tight chamber, in in or in which the workpiece is quenched.
Ein separater Kühler kann bspw. im "Ruhezustand" isoliert mit einer tiefen Temperatur "aufgeladen" werden und im Aktivzustand, also zum Zwecke des Abschreckens des Werkstückes, über das noch heiße Werkstück gestülpt werden. Das abzuschrec kende Werkstück wird dazu, aus dem Ofen kommend, direkt dem separaten Kühler zugeführt und in diesem auf schnellstem Wege über Strahlung, Leitung und Konvektion abgeschreckt. Auf diese Weise erfolgt ein Teil der Kühlleistung nicht nur über das Kühlmedium, sondern insbesondere im Bereich hoher Temperaturen auch über Strahlung.A separate cooler can, for example, be isolated in the "idle state" at a low temperature be "charged" and in the active state, ie for the purpose of deterring the Workpiece over which the workpiece is still hot. To put that off The workpiece that comes out of the furnace goes directly to the separate cooler fed and in this as quickly as possible via radiation, conduction and Convection quenched. In this way, part of the cooling capacity is not only achieved via the cooling medium, but also in the area of high temperatures about radiation.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abschreckung metallischer Werkstücke ist dadurch gekennzeichnet, daß eine entsprechend niedrige Temperatur in dem Ofen selbst oder in der gasdichten Kammer, in dem oder in der das Werkstück abgeschreckt wird, durch den Einsatz von Flüssig- und/oder Kaltgas und/oder den Einsatz wenigstens einer Kältemaschine und/oder den Einsatz einer Entspannung eines komprimierten Gases erreicht wird.A further embodiment of the method for deterrence according to the invention Metallic workpieces are characterized in that a correspondingly low Temperature in the furnace itself or in the gas-tight chamber in or in the the workpiece is quenched by the use of liquid and / or cold gas and / or the use of at least one refrigerator and / or the use of a Relaxation of a compressed gas is achieved.
Für welche der genannten Möglichkeiten der Kälteerzeugung sich der Fachmann entscheidet, wird von den jeweiligen Gegebenheiten sowie Verfahrensparametern abhängen. Der Einsatz von Flüssiggasen bzw. von komprimierten Gasen macht insbesondere dann Sinn, wenn diese im selben oder in Nachbarprozessen als Schutzgas, Prozeßgas oder dergleichen verwendet werden können. Der Einsatz einer Kältemaschine hingegen kann dann von Vorteil sein, wenn die weitere Verwendung von Gasen nicht möglich ist.The expert is familiar with which of the above-mentioned possibilities of refrigeration decides, is based on the respective circumstances and process parameters depend. The use of liquid gases or compressed gases especially useful if these are in the same process or in neighboring processes Shielding gas, process gas or the like can be used. The use of a Chiller, on the other hand, can be beneficial if continued use of gases is not possible.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke, bestehend aus einem Wärmebehandlungsofen, der neben den für die Wärmebehandlung erforderlichen Einrichtungen Mittel für die Abschreckung im Wärmebehandlungsofen aufweist, wobei die Mittel für die Abschreckung des Werkstückes als eine, vorzugsweise gasdicht ausgebildete Kammer, in der über das abzuschreckende Werkstück ein Kühlgasstrom geführt wird, ausgebildet sind, oder bestehend aus einer gasdichten Kammer, die Mittel für die Abschreckung aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kammer wenigstens ein mit dem abzuschreckenden Werkstück in Wirkverbindung bringbarer Kühler angeordnet ist und Mittel zum Unterkühlen des Kühlers vorgesehen sind.The device according to the invention for quenching metallic workpieces, consisting of a heat treatment furnace, in addition to those for the Heat treatment facilities necessary for deterrence in the Has heat treatment furnace, the means for quenching the Workpiece as a, preferably gas-tight chamber, in which workpiece to be quenched, a cooling gas flow is formed, or consisting of a gas-tight chamber which has means for deterrence characterized in that within the chamber at least one with the The workpiece to be quenched is arranged in a cooler that can be operatively connected and means for subcooling the cooler are provided.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke nach einer Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The inventive method and the inventive device for Quenching metallic workpieces after heat treatment in one Heat treatment furnace and other configurations of the same or the same based on the embodiment shown in the figure.
Die Figur zeigt eine Kühlkammer 1, in der ein separater Tiefkühler 10, innerhalb eines isolierten Lenkzylinders 5, auf den im folgenden noch näher eingegangen werden wird, angeordnet ist. Die Kühlkammer 1 weist ein sog. Kühlregister 2 auf, das im Regelfall aus einem oder mehreren Rippenrohr-Wärmetauschern besteht. Über ein Chargiergestänge 3 wird ein Werkstückhalter 9, auf dem das abzuschreckende Werkstück 4 ruht, angetrieben und so das Werkstück 4 durch die Kühlkammer befördert. Der Tiefkühler 10 wird über einen oder mehrere Anschlüsse 11 mit Flüssiggas oder mit entspanntem Gas versorgt. The figure shows a cooling chamber 1 , in which a separate freezer 10 is arranged within an insulated steering cylinder 5 , which will be discussed in more detail below. The cooling chamber 1 has a so-called cooling register 2 , which as a rule consists of one or more finned tube heat exchangers. A workpiece holder 9 , on which the workpiece 4 to be quenched rests, is driven via a charging linkage 3 and the workpiece 4 is thus conveyed through the cooling chamber. The freezer 10 is supplied with liquid gas or with depressurized gas via one or more connections 11 .
Zur Umwälzung der Kühlgasströmung 6 innerhalb der Kühlkammer 1 ist ein Gebläse 7 vorgesehen, das über einen druckgekapselten Motor 8 angetrieben wird.For the circulation of the cooling gas flow 6 within the cooling chamber 1 , a blower 7 is provided which is driven by a pressure-encapsulated motor 8 .
Das Abschrecken des metallischen Werkstückes 4 erfolgt nun dergestalt, daß das Werkstück 4, das auf dem Werkstückhalter 9 aufliegt, mittels des Chargiergestänges 3 in den isolierten Lenkzylinder 5 eingebracht und damit unter den Tiefkühler 10 positioniert wird. Sodann wird der Tiefkühler 10 abgesenkt und über das Werkstück 4 gestülpt. Der Tiefkühler 10 besteht vorzugsweise aus einem Material, das eine hohe Speicherkapazität für Kälteenergie aufweist.The quenching of the metal workpiece 4 is now such that the workpiece 4, which rests on the workpiece holder 9, is introduced by means of Chargiergestänges 3 in the isolated steering cylinder 5 and therefore positioned below the freezer 10th The freezer 10 is then lowered and placed over the workpiece 4 . The freezer 10 is preferably made of a material that has a high storage capacity for cooling energy.
Eine weitere, in der Figur nicht dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler derart ausgebildet ist, daß er das abzuschreckende Werkstück und/oder den Werkstückhalter aufzunehmen vermag. Die Form des Kühlers kann bspw. als sog. Negativfigur des abzuschreckenden Werkstückes und/oder des Werkstückhalters ausgebildet sein, so daß das Werkstück und/oder der Werkstückhalter in den Kühler abgesenkt, gehoben oder geworfen werden kann.Another embodiment of the invention, not shown in the figure Device for quenching metallic workpieces is characterized in that that the cooler is designed such that it is the workpiece to be quenched and / or can hold the workpiece holder. The shape of the cooler can For example, as a so-called negative figure of the workpiece to be quenched and / or the Workpiece holder be formed so that the workpiece and / or Workpiece holder can be lowered, raised or thrown into the cooler.
Auch könnte der Kühler unterhalb des abzuschreckenden Werkstückes und/oder des Werkstückhalters angeordnet und zu dem Werkstück und/oder dem Werkstückhalter angehoben werden. Prinzipiell sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar, bei denen der Kühler relativ zu dem abzuschreckenden Werkstück bewegbar angeordnet ist. Selbstverständlich kann der Kühler auch relativ zu dem abzuschreckenden Werkstück und/oder dem Werkstückhalter ortsfest angeordnet sein.The cooler could also be below the workpiece to be quenched and / or Workpiece holder arranged and to the workpiece and / or the workpiece holder be raised. In principle, according to an advantageous embodiment Device according to the invention conceivable a variety of ways in which the cooler is arranged to be movable relative to the workpiece to be quenched. Of course, the cooler can also be relative to the workpiece to be quenched and / or the workpiece holder can be arranged stationary.
Im Falle der in der Figur dargestellten Vorrichtung wird, zeitgleich mit dem In-Wirkver bindung-Bringen des abzuschreckenden Werkstückes 4 mit dem Tiefkühler 10, das Werkstück 4 von einem Kühlgasstrom - wie durch die Pfeile 6 dargestellt - umströmt und so das Werkstück 4 über Konvektion abgekühlt. Denkbar wäre auch, zunächst das abzuschreckende Werkstück 4 nur mit dem Tiefkühler 10 in Wirkverbindung zu bringen und erst dann den Kühlgasstrom über das Werkstück 4 zu leiten. In the case of the device shown in the figure, at the same time as bringing the workpiece 4 to be frozen into the freezer 10 , the workpiece 4 is flowed by a cooling gas stream - as shown by the arrows 6 - and thus the workpiece 4 via convection cooled down. It is also conceivable first the abzuschreckende workpiece 4 would only bring to the freezer 10 in operative connection and then to direct the flow of cooling gas over the workpiece. 4
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der Kühler als wenigstens eine Düse und/oder Düsenfeld ausgebildet ist.The device according to the invention for quenching metallic workpieces it is further developed that the cooler as at least one nozzle and / or Nozzle field is formed.
Bei der in der Figur dargestellten Vorrichtung erfolgt der Abkühlprozeß des abzuschreckenden Werkstückes 4 zur Gänze in einer Apparatur. Diese Prozesse können jedoch auch in zwei getrennten Apparaturen bzw. Kammern durchgeführt werden.In the device shown in the figure, the cooling process of the workpiece 4 to be quenched takes place entirely in one apparatus. However, these processes can also be carried out in two separate apparatuses or chambers.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrich tung zur Abschreckung metallischer Werkstücke können gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen schnellere Abkühlgeschwindigkeiten realisiert werden. Dieser Vorteil resultiert daraus, daß zu Beginn des Abschreckvorganges die Kühlleistung für das abzuschreckende Werkstück insbesondere über Strahlung bereitgestellt wird.By means of the method according to the invention and the device according to the invention device for deterring metallic workpieces can be compared to the known Processes and devices faster cooling speeds can be realized. This advantage results from the fact that at the beginning of the quenching process Cooling capacity for the workpiece to be quenched, in particular via radiation provided.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abschreckung metallischer Werkstücke kann zudem der erforderliche anlagentechnische Aufwand in einem vernünftigen Rahmen gehalten werden.With the method according to the invention and the device according to the invention the required can also be used to deter metallic workpieces plant engineering expenses are kept in a reasonable range.
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DE1998153221 DE19853221A1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Process for chilling metallic workpieces after heat treatment comprises contacting the workpiece with a super-cooled medium or super-cooled cooler |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002044430A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | The Boc Group Plc | Quenching method and apparatus |
-
1998
- 1998-11-18 DE DE1998153221 patent/DE19853221A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2002044430A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | The Boc Group Plc | Quenching method and apparatus |
US7147732B2 (en) | 2000-11-30 | 2006-12-12 | The Boc Group Plc | Quenching method and apparatus |
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