DE2055964C - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von reaktiven Metallen - Google Patents

Description

die Wärmeoehandlung derartiger Metalle, wie sie 45 oben erwähnt wurden, nur chargenweise durchgeführt

werden konnte und daß eir.e kontinuierliche Wärmebehandlung unmöglich war, obwohl sie in der Technik gewünscht wurde.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahn.1 zur Es bestanden also bisher grundsätzliche Schwie-

kontinuierlichen Wärmebehandlung von reaktiven 50 rigkeiten bei der Wärmebehandlung von Metallen in Metallen, wie z. B. Titan, Zirkonium und Tantal, und einem geschlossenen Behälter im Vakuum oder in auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver- Inertgasatmosphäre in technischem Maßstab, insbefahrens. sondere falls die zu behandelnden Metalle in Form

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein von Drähte»? oder Streifen vorlagen und das Y«.*fah-Verfahrrm, bei dem reaktive Metalle, wie z. B. Titan, 55 ren kontinuierlich ausgeführt werden sollte, da eiw Zirkonium und Tantal in Form eines Bandes, eines vollkommen nicht oxydierende Atmosphäre-praktisch Bleches, eines Drahtes oder einer Stange, kontinuier- nicht aufrechterhalten widen kann.
Hch geglüht und abgekühlt werden, und auf eine Vor- Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren

richtung zur Wärmebehandlung, die zur Durchfüh- und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmeberung dieses Verfahrens am besten geeignet ist. 60 handlung von reaktiven Metallen, wie z. B. Titan,

Bisher wurde die Wärmebehandlung von reaktiven Zirkonium und Tantal, zu schaffen, ohne eine Ober-Metallen, wie z. B. Titan, Zirkonium, Tantal und Le- flächenoxydation der Metalle hervorzurufen,
gierungen derselben, chargenweise in einem Ofen Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der

durchgeführt, der vorher mittels einer Vakuumpumpe Erfindung sind bei den reaktiven Metallen in Form vollständig evakuiert wurde oder dessen innere At- «5 eines Bandes, eines Bleches, eines Drahtes und einer mosphäre vorher durch ein inertes Gas ersetzt wurde, Stange anwendbar. Die Wärmebehandlung, auf die wie z. B. Argon, nachdem der Ofen mittels einer die Erfindung hauptsächlich zielt, ist das Weichglü-Vakuumpumpe vollständig evakuiert worden war, um hen, bei dem ein Metall nach der Erhitzune Iancsnm

3 Γ 4

abgekühlt wird, oder die sogenannte Lösungsglüh- Da die Lippendichtungen 8 an den entgegenge-

behandlung, bei der ein Metall nach der Erhitzung setzten Enden jedes Abschnitts vorgesehen sind, wird,

schnell abgekühlt wird. wenn inertes Gas in den jeweiligen Abschnitt durch

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird die Einlaßöffnungen 9 nach dem Evakuieren des Inein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehand- 5 neren der Vorrichtung auf irgendeine Weise bis zu lung von Metallen in einer inerten Gasatmosphäre einem Druck eingelassen wird-, der höher ist als der geschaffen, das gekennzeichnet ist durch die Wärme- atmosphärische Druck, und zwar derart, daß die zubehandlung eines Metalls durch Hindur .hleiten des- geführte Menge des inerten Gases für den Wärmeselben durch eine V ännebehandlungsvorrichtung, in behandlungsabschnitt4 am höchsten ist und für die der ein inertes Gas unter höherem Druck als dem io die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 atmosphärischen gehalten wird und deren Inneres und 5, den Materialeinlaßabschnitt und den Materialin einen Wärmebehandlungsabschnitt, in dem das auslaßabschnitt 6 in der erwähnten Reihenfolge abMetall erhitzt und abgekühlt wird, einen Materialein- nimmt, wodurch eine Druckverteilung in der Vorlaßabschnitt und einen Materialauslaßabschnitt unter- j richtung erzielt wird, wie sie in Fig. Ib gezeigt ist. teilt ist, wobei die Druckverteüung des inerten Gases 15 Das heißt, der Druck des inerten Gases ist im Wäriti der Vorrichtung derart ist, daß der Druck in dem mebehandlungsabschnitt am höchsten und nimmt in Warmebehandlungsabschnitt am höchsten ist und so- den Abschnitten zu den er ,jegengesetzen Enden der wohl gegen den Materialeinlaßabschnitt als auch ge- Vorrichtung hin fortschreittnd ab. Wenn ein zu begtn den Materialauslaßabschnitt Stufenweise fort- handelndes Material fortlaufend durch die Lippenschreitend verringert wird. ₂₀ dichtungen 8 hindurchgeführt wird, wirkt jede dieser

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfrn- Lippendichtungen als eine Art Düse, and das inerte

dung wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Has strömt von der Seite mit höherem Druck zu der

genannten Verfahrens geschaffen, die gekennzeichnet Seite mit niedrigerem Druck. Die Druckverteilung,

ist durch einen Materialeinlaßabschnitt, einen eine wie iie in Fig. Ib gezeigt ist, kann jedoch aufrecht-

Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt, einen as erhalten werden durch Nachfüllen von inertem Gas

W;.rmebehandlungsabschnitt, einen weiteren eine in die jeweiligen Abschnitte durch die Einlaßöffnun-

Druckdiffeenz aufrechterhaltenden Abschnitt und gen9. Da der Druck in die die Druckdifferenz auf-

e'w^n Materialauslaßabschnitt, die alle hintereirander rechterhaltenden Abschnitte 3 und 5 nur wenig nie-

in der genannten Reihenfolge angeordnet und jeweils driger ist als derjenige in dem Wärmebehandlungs-

rnit einer zwischengeschalteten Lippendichtung fest 30 abschnitt 4, kann in diesem Fall ein abrupter Druck-

miteinander verbunden sind. abfall in dem Warmebehandlungsabschnitt infolge

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nach- Ausströmens von Gas verhindert werden. Da der

folgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin Druck in den die Druckdifferenz aufrechterhaltenden

zeigt Abschnitten 3 und 5 höher ist als derjenige in dem

Fig. la eine schematische Ansicht, die eine Aus- 35 Materialeinlaßabschnitt2 und im Materialauslaßab-

führurgsform uer Vorrichtung gemäß der Erfindung schnitte, kann außerdem das Einströmen von Luft

darstellt, in den Wärmebehandlungsabschnitt 4 durch diese die

Fig. Ib ein Diagramm, das die Druckverteilung Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3

in der Vorrichtung gemäß Fig. la zeigt, und 5 selbst dann verhindert werden, wenn Luft in

F i g. 2 und 3 Einzelheiten der Konstruktion der 40 den Materialeinlaßabschnitt 2 oder in den Material-

Lippendichtungen, die für Bleche bzw Stangen ge- auslaßabschnitt 6 infolge Versagens der Lippendich-

eignet sind. tung 8 am Eingang 1 oder am Ausgang 7 der Vor-

In F i g. 1 a bezeichnen die Bezugszahlen 1 einen richtung einströmt, wobei ein derartiges Versagen

Eingang der Vorriclitung, 2 einen Materialeinlaßab- aus irgendwelchen Gründen während der kontinuier-

schnitt, 3 einen eine Druckdifferenz aufrechterhalten- 45 liehen Wärmebehandlung von langgestrecktem Mate-

den Abschnitt, 4 a eine Erhitzungskammer, 46 eine rial auftreten kann.

.Kühlkammer (die Erhitzungskammer 4a und die Wenn die Wärmebehandlung in dem inerten Gas Kühlkammer 4 b zusannneT bilden einen Wärmebe- bei dieser Druckverteilung durchgeführt wird, besteht handlungsabschnitt 4), S einen weiteren eine Druch- keine Gefahr, daß Luft in die Vorrichtung von der differenz aufrechterhaltenden Abschnitt, 6 einen Ma- 5° Außenseite her eindringt, selbst wenn die Wärmebeterialauslaßabschnitt und 7 einen Ausgang dpr Vor- handlung kontinuierlich durchgeführt wird,
richtung. Lippendichtungen 8 sind jeweils am Ein- Die Konstruktion der Kühlkammer 4 b ist weitgang i zwischen dem Materialeinlaßabschnitt 2 und gehend veränderbar, und zwar in Abhängigkeit von dem die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Ab- der Gestal* des zu behandelnden Materials und den Beschnitt 3, zwischen dem die Druckdifferenz aufrecht- 55 dingungen, unter denen die Wärmebehandlung erfolgt, erhaltenden Abschnitt 3 und dem Wärmebehand- In der hier beschriebenen, darstellten Ausfühlungsabschnitt 4, zwischen dem Wärmebehandlungs- rung wird der Druck in der Vorrichtung in zwei abschnitt 4 und dem die Druckdifferenz aufrechter- Stufen vom Eingang 1 zum Wärmebehandlungsabhaltenden Abschnitt S, zwischen dem die Druck- schnitt 4 erhöht und ebenfalls in zwei Stufen von der differenz aufrechterhaltenden Abschnitt 5 und dem ^6o Wärmebehaiidlungskammer 4 zum Ausgang 7 ge-Materialauslaßabschnitt 6 und am Ausgang 7 der senkt, indem der Materialeinlaßabschnitt 2 und der Vorrichtung voi gesehen, und die jeweiligen Ab- die Druckdifferenz aufrechterhaltende Abschnitt 3 schnitte sind über diese Lippendichtungen 8 fest mit- zwischen den Eingang und den Wärmebehandlungseinander verbunden. Der Wärmebehandlungsab- abschnitt und der die Druckdifferenz aufrechterhalschniti 4, die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden «5 tende Abschnitt 5 und der Materialauslaßabschnitt 6 Abschnitte 3 und 5, der Materialeinlaßabschnitt 2 und zwischen den Warmebehandlungsabschnitt und den der MaterialauslaSabschnitt 6 sind jeweils mit einer Ausgang eingeschaltet werden. Der Druck kann aber Einlaßöffnung 9 für inertes Gas versehen. auch in einer Stufe verändert werden, vorausgesetzt,

daß die Dichtung zwischen den benachbarten Abschnitten wirksamer crfolgl. Das heißt, das Ziel der Erfindung kann auch erreicht werden, wenn der Materialeinlaßabschnitt 2 und der Materialauslaßabschnitt 6 gleichzeitig als die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 bzw. 5 verwendet und daher diese die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte ausgeschaltet werden.

Zum Bewegen des zu behandelnden Materials durch die Vorrichtung kann ein Materialhängeförderer oder Wickelvorrichtungcn am Eingang und am Ausgang der Vorrichtung verwendet werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Lage verwendet werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels beschrieben:

Ti-15 Mo-5 Zr-Legierungs-Bleche wurden einem Glühen in der Vorrichtung gemäß Fi g. 1 a unterworfen, in der die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 und 5 fortgelassen wurden und die Kühlkammer gemäß Fig. la konstruiert war, und zwar unter solchen Bedingungen, daß die Temperatur des Glühabschnitts 900⁰C, die Strömungsmenge von Argongas 6 l/Min, und die Glühmengen 400 mm/ Min. (im Fall eines Bleches mit einer Dicke von

ίο 0,15 mm) und 200 mm/Min, (im Fall eines Bleches mit einer Dicke von 0,85 mm) waren. Die Lcgierungsblcchc, die auf diese Weise geglüht wurden, hatten keine Anlauffarbe auf Grund einer Oxydation, und es wurden glänzende Bleche erzielt. Außerdem hatten

is die geglühten Legierungsblcchc die in der nachfolgenden Tabelle gezeigten mechanischen Eigenschaften, die andeuten, daß sie ausreichend geglüht wurden.

	Mechanische	Eigenschaften von geglühten Ti-15	Zugfestigkeit (kg/mm1)	Mo-5 Zr-Legierungs-Blechen	Erichsen-Wcrt (mm)	Härte (Hv)
Muster Nr.	Dicke (mm)	Glühmengc (mm/Min.)	85,0 84,0	Dehnung (°/o)	6,5	280 290
1 2	0,15 0,85	400 200	8 9

Obwohl in derr. obigen Beispiel eine Titanlegierung verwendet wurde, ist zu verstehen, daß die Erfindung höchst wirksam bei der Behandlung nicht nur von reaktiven Metallen, wie z. B. Titan, verwendet werden kann, sondern auch von solchen Metallen, wie z. B. Spezalstählen und Legierungen auf Nickclbasis, die eine besondere Wärmebehandlung erfordern.

Außerdem können, obwohl in dem Beispiel Argongas als inertes Gas verwendet wurde, alle anderen Gase verwendet werden, die keine oxydierende Atmosphäre in der Wärmcbehandlungsvorrichlung erzeugen.

Gemäß der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, kann eine Druckverteilung in der in F i g. 1 b gezeigten Art erzielt werden lediglich durch Anbringung der Lippendichtungen, die in ihrer Konstruktion sehr einfach sind. Daher kann langgestrecktes Material kontinuierlich in nichtoxydierendem Zustand behandelt werden, während die inerte Gasatmosphäre in der Vorrichtung aufrechterhalten wird. Da die Wärmebehandlung kontinuierlich durchgeführt werden kann, sind außerdem eine gleichmäßige Erhitzung und Abkühlung möglich, und es kann wärmebehandcltcs Material mit hoher Qualität erzielt werden. Der besonders bemerkenswerte Vorteil der Erfindung liegt darin, daß bei ihrer Anwendung ein oxydationsfreies, glänzendes Glühen von dünnem Blechmatcrial oder Folie möglich wird, was bisher als äußerst schwierig erachtet wurde. Die Erfindung ist auch insofern vorteilhaft, als eine schnelle Abkühlung so gut wie eine langsame Abkühlung in derselben Vorrichtung erzielt werden können. Das heißt, wenn die Kühlkammer der Konstruktion gemäß F i g. 1 a verwendet wird, kann die Kühlgeschwindigkeit gesteuert werden durch Ändern der Durchlaufgeschwindigkeit des zu behandelnden Materials. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß starke Verwindung des Materials, die insbesondere bei der schnellen Abküh'ung von Blech auftrat, im wesentlichen ausgeschaltet werden kann durch Zusammendrücken dei gegebenenfalls beweglich angeordneten Kühlplatten, wie z. B. Kupferplatten, gegen das Material von beiden Seiten her.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 eine Oxydation des Metalls im weitestmöglichen Aus-Patent anspräche: · maß zu verhindern. Bei diesen Verfahren ist jedoch etwas Oberflächenoxydation des Metalls unvermeid-

1. Verfahren zur kontinuierlichen Wärraebe- bar, und es war üblich, eine solche Oxydationsschicht, handlung von reaktiven Metallen in einer inerten 5 die sich an der Oberfläche des Metalls bildete, ent-Gasatmosphäre, gekennzeichnet durch weder mechanisch oder chemisch nacrt der Wärmebedie Wärmebehandlung eines Metalls durch Hin- handlung zu entfernen. Außerdem traten bei einem durchleiten desselben durch eine Wärmebehand- derartigen herkömmlichen Ofen viele Schwierigkeiten lungsvorrichtung, in der ein inertes Gas unter bei der /abkühlung des Metalls nach der Wärmebehöherem Druck als dem atmosphärischen gehalten io handlung auf, und selbst wenn die Abkühlung des wird und deren Inneres in einen Wärmebehand- Metalls in Wasser oder anderen Flüssigkeiten erlungsabschnitt, in dem das Metall erhitzt uiid folgte, wurde das Metall während der Abkühlung langsam oder rasch abgekühlt wird, eipen Mate- einer Oxydation oder einer starken Vexwindung im rialeinlaßabschnitt und einen Materialauslaßab- Fall von Metallblech ausgesetzt, was mühsame Vorschnitt unterteilt ist, wobei die Druckverteilung 15 gänge in der Nachbehandlung erfordert.

des inerten Gases in der Vorrichtung derart ist, Bei einem bekannten Verfahren wurde das zu cr-

daß liir Druck in dem Wärmebehandlungsab- hitzende Metall in einem luftdicht verschließbaren schnitt am höchsten ist und sowohl gegen den Behälter eingebracht und letzterer dann evakuiert, so Materialeinlaßabschnitt als auch gegen den Ma- daß die Wärmebehandlung des reaktionsfähigen Meterialauslaßabschnitt stufenweise fortschreitend 20 tails im Vakuum ausgeführt wurde. Bei einer Abverringert wird. Wandlung dieses Verfahrens wird das reaktionsfähige

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Metall oder die reaktionsfähige Legierung in einen rens nach Anspruch I, gekennzeichnet durch luftdicht verschließbaren Behälter eingebracht, und einen Materialeinlaßabschnitt (2), einen eine dieser wird dann evakuiert und dann anschließend Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt (3), 35 mit einem Inertgas, wie z. B. Argon oder Helium, einen Wärmebehandlungsabschnitt (4), einen gefüllt und die Wärmebehandlung in dieser Atmoweiteren eine Druckdifferenz aufrechterhaltenden Sphäre ausgeführt.

Abschnitt (5) und einen Materialauslaßabschnitt Es i;t aber sehr schwierig, ein ausreichend hohes

(6), die alle hintereinander in der genannten Vakuum zu erzielen, um eine vollständige Oxydat^:on -Reihenfolge angeordnet und jeweils mit einer 30 der reaktionsfähigen Metalle zu vermeiden. Insbezwischengeschalteten Lippendichtung (8) fest mit- sondere ist es schwierig, das Eindringen geringer einander verbunden sind. Luftmengen durch Leckstellen in einen evakuierten

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Behälter zu vermeiden, so daß eine mehr oder wenirens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ger starke Oberflächenoxydation in dem evakuierten einen Materialeinlaßabschnitt (2), der zum Auf- 35 Behälter unvermeidbar ist. Aus diesem Grund muß rechterhalten einer Druckdifferenz dient, einen ein auf diese Weise behandeltes Metall maschinell Wärmebehandlungsabschnitt (4) und einen Mate- oder mit Säure behandelt werden, um die oxydierte rialauslaßabschnitt (6), der ebenfalls zurr. Auf- Oberflächenschicht zu entfernen.

rechterhalten einer Druckdifferenz dient, die alle Außerdem ist es sehr schwierig, die erhitzten reak-

hintereinander in der genannten Reihenfolge an- 40 tionsfähigen Metalle im Innern eines evakuierten oder geordnet und jeweils mit einer zwischengeschalte- mit Inertgas gefüllten, verschlossenen Behälters ablen Lippendichtung (8) ftst miteinander verbun- zuschrecken.

den sind. Außerdem war es ein wesentliches Problem, daß