DE3307041A1

DE3307041A1 - Method and apparatus for the low-distortion series hardening of workpieces and application of the method

Info

Publication number: DE3307041A1
Application number: DE19833307041
Authority: DE
Inventors: Peter 8542 Wiesendangen Merz
Original assignee: JENNY PRESSEN AG
Current assignee: JENNY PRESSEN AG
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-05-30

Abstract

Workpieces of hardenable metallic materials, particularly iron materials such as steels, are clamped for low-distortion series hardening in a hardening press, quenched in clamped condition by means of a cooled mould and/or by means of a stream of gaseous coolant and subjected, without intermediate treatment, to a controlled heat treatment. The controlled heat treatment can be carried out by annealing the workpiece after the quenching and subjecting it to an isothermal heat treatment or a controlled, particularly a slow, cooling.

Description

Verfahren und Vorrichtung zumMethod and device for

serienmässigen, verzugsarmen Härten von Werkstücken sowie Anwendung des Verfahrens Verfahren und Vorrichtung zum serienmässigen, verzugsarmen Härten von Werkstücken sowie Anwendung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 21 und eine Anwendung des Verfahrens.standard, low-warpage hardening of workpieces and application of the procedure Process and device for standard, low-warpage Hardening of workpieces and application of the method The invention relates to a Method according to the preamble of claim 1, furthermore a device for Implementation of the method according to the preamble of claim 21 and an application of the procedure.

Zur Erzielung der für den Jeweiligen Verwendungszweck erforderlichen Eigenschaften, wie Härte, Zähigkeit, Verschleissfestigkeit, werden üblicherweise Werkstuecke aus härtbaren metallischen Werkstoffen, insbesondere Eisenwerkstoffen, wie Stähle, einem Vergütungsprozess unterworfen. Der Vergütungsprozess umfasst im allgemeinen mehrere Behandlungsschritte, und zwar eine Härtebehandlung durch Abschrecken und eine anschliessende geregelte Wärmebehandlung, wie Anlassen, Tempern oder Halten bei einer vorgegebenen Temperatur oder geregeltes Abkühlen.To achieve the required for the respective purpose Properties such as hardness, toughness, wear resistance, are common Workpieces made of hardenable metallic materials, in particular ferrous materials, like steels, subjected to a tempering process. The remuneration process includes im generally several treatment steps, namely a hardening treatment by quenching and a subsequent controlled heat treatment, such as tempering, tempering or holding at a given temperature or controlled cooling.

Die Härtebehandlung wird allgemein in der Weise durchgeführt, dass ein Werkstück aus einem härtbaren metallischen Werkstoff von einer Temperatur, bei der der Werkstoff ein Gefüge aufweist, das einer festen Lösung mit bestimmter, von der Art und der Zusammensetzung des Werkstoffs abhängiger Härte entspricht, auf eine Temperatur unterhalb der Bildungstemperatur eines, insbesondere metastabilen, Gefüges, dessen Härte grösser ist als diejenige des Ausgangsgefüges, abgeschreckt wird.The hardening treatment is generally carried out in such a way that a workpiece made of a hardenable metallic material of a temperature at which the material has a structure that resembles a solid solution with a certain, of corresponds to the type and composition of the material depending on the hardness a temperature below the formation temperature of an, in particular metastable, Structure whose hardness is greater than that of the original structure, quenched will.

Die im Einzelfall einzustellenden Temperaturen hängen von der Beschaffenheit, insbesondere der Zusammensetzung, des verwendeten Werkstoffes sowie von den zu erzielenden Eigenschaften des Endproduktes ab und werden üblicherweise experimentell ermittelt und sind bestimmend für die Wahl des Abschreckmittels.The temperatures to be set in individual cases depend on the nature, in particular the composition, the material used and the ones to be achieved Properties of the end product and are usually determined experimentally and determine the choice of detergent.

Die nachfolgende Wärmebehandlung dient zum Abbau von Spannungen, die im Verlauf des Abschreckvorganges im Gefüge entstehen können, sowie zur Beseitigung etwa vorhandener zu hoher Sprodigkeit und gegebenfalls zur Verbesserung der Zähigkeit und/ oder der Verschleissfestigkeit. Die Art der im Einzelfall anzuwendenden Wärmebehandlung richtet sich nach der Art und Zusammensetzung des eingesetzten Werkstoffes sowie nach den jeweils zu erzielenden Eigenschaften.The subsequent heat treatment serves to relieve tension, which can arise in the structure in the course of the quenching process, as well as for elimination any excessively high brittleness and, if necessary, to improve the toughness and / or the wear resistance. The type of heat treatment to be applied in each individual case depends on the type and composition of the material used as well according to the properties to be achieved in each case.

Um zu verhindern, dass ein Werkstück während des Vergütungsprozesses eine Aenderung seiner Form und/oder seiner Abmessungen erleidet, d. h. sich verzieht, wird eine Härtepresse verwendet, in welche das Werkstück eingespannt und in eingespanntem Zustand abgeschreckt wird. Das Abschrecken erfolgt bei den bekannten Verfahren unter Verwendung von Härtepressen in der Weise, dass das Werkstück von einem flüssigen Abschreckmittel umspült wird. Die Wahl des Abschreckmittels richtet sich dabei nach seiner Wärmekapazität und nach der Grösse des einzustellenden Temperaturgefälles, insbesondere der Abschreckgeschwindigkeit. Allgemein werden als flüssige Abschreckmittel Wasser, Salzlösungen oder Oele verwendet. Bei der Verwendung flüssiger Abschreckmittel, insbesondere von Salzlösungen oder Oelen, wirkt es sich nachteilig aus, dass das mit dem Abschreckmittel verunreinigte Werkstück nach dem Abschrecken annähernd auf Raumtemperatur abgekühlt und gewaschen werden muss, bevor es dem nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt, z. B. Erwärmen auf Anlasstemperatur, unterworfen werden kann.To prevent a workpiece during the tempering process undergoes a change in its shape and / or its dimensions, d. H. warps, a hardening press is used, in which the workpiece is clamped and in the clamped State is quenched. The quenching takes place in the known processes under Use of hardening presses in such a way that the workpiece is from a liquid Quenchant is washed around. The choice of detergent depends on its heat capacity and the size of the temperature gradient to be set, especially the quenching speed. Commonly used as a liquid quenchant Water, salt solutions or oils are used. When using liquid deterrents, especially of salt solutions or oils, it has a disadvantageous effect that the workpiece contaminated with the quenching agent approximates after quenching Must be cooled to room temperature and washed before the subsequent heat treatment step, z. B. heating to tempering temperature, can be subjected.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die ein serienmässiges, verzugsarmes Härten von Werkstücken mit beliebiger Gestalt und beliebigen Abmessungen mit im Vergleich zu den bekannten Verfahren verringertem Arbeits- und Energieaufwand gestatten.The object of the invention was therefore to provide a method and a device indicate the standard, low-warpage hardening of workpieces with any Shape and any dimensions with reduced compared to the known method Allow labor and energy expenditure.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte Verfahren und durch die im kennzeichnenden Tei] des Patentanspruchs 21 definierte Vorrichtung gelöst.The object set is according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 and defined by the method in the characterizing Part] of claim 21 defined device solved.

Da bei diesem Verfahren das zu behendelnde Werkstück nicht mit flüssigen Abschreckmitteln, wie Oele oder wässrige Salzlösungen, in Berührung kommt, entfällt die bei den bekannten Verfahren notwendige umständliche und kostspielige Zwischenbehandlung, d.h. das im Anschluss an das Abschrecken durchzuführende Abkühlen auf eine beträchtlich unterhalb der Anlasstemperatur, im allgemeinen auf annähernd Raumtemperatur, und das Waschen zur Entfernung anhaftender Abschreckmittel, wie Oele oder wässrige Salzlösungen. Auf diese Weise lässt sich eine erhebliche Reduktion des Arbeits- und Energieaufwandes im Vergleich zu den bekannten Verfahren erreichen und man gelangt so zu einem umweltfreundlichen Verfahren.Since with this method the workpiece to be handled is not with liquid Quenching agents, such as oils or aqueous salt solutions, are not required the cumbersome and costly intermediate treatment required in the known processes, i.e., the cooling to be performed following quenching to a substantial level below the tempering temperature, generally to approximately room temperature, and washing to remove adhering detergents such as oils or aqueous salt solutions. In this way, a considerable reduction in work and energy expenditure can be achieved in comparison to the known method and one arrives at an environmentally friendly one Procedure.

Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass die nachfolgende geregelte Wärmebehandlung unmittelbar im Anschluss an den Abschreckvorgang durchgeführt werden kann. Dabei kann das Werkstück in der Härtepresse verbleiben oder in eine Warmhaltepresse überführt werden. Die Warmhaltepresse, deren Aufbau dem der Härtepresse entspricht, ist zweckmässigerweise mit einer Heizeinrichtung ausgestattet.A particular advantage of this process is that the subsequent regulated heat treatment immediately following the quenching process can be carried out. The workpiece can remain in the hardening press or transferred to a holding press. The holding press, its structure which corresponds to the hardening press, is expediently with a heating device fitted.

Welche dieser Möglichkeiten im Einzelfall genützt wird, hängt hauptsächlich von den Erfordernissen der Serienherstellung, insbesondere von den einzustellenden Taktzeiten ab.Which of these options is used in the individual case mainly depends the requirements of series production, especially those to be discontinued Cycle times.

Die Abführung der Wärme zur Absenkung der Temperatur auf eine Temperatur unterhalb der Bildungstemperatur des gewünschten Gefüges, z.B. eines Martensit-, Bainit- oder Perlitgefüges, wird bei diesem Verfahren durch indirekte Kühlung mittels eines gekühlten Werkzeuges und/oder mittels eines strömenden gasförmigen Kühlmittels, z.B. Luft oder Stickstoff, erreicht.The dissipation of heat to lower the temperature to a temperature below the formation temperature of the desired structure, e.g. a martensite, Bainite or pearlite structure is created in this process by indirect cooling by means of a cooled tool and / or by means of a flowing gaseous coolant, e.g. air or nitrogen.

Die Wahl der im Einzelfall beim Abschrecken anzuwendenden Methode hängt von verschiedenen Faktoren ab, so z. B. von Art und Zusammensetzung des verwendeten Werkstoffs, wie Legierungsbestandteile, Kohlenstoffgehalt, Abmessungen und Vorgeschichte des Werkstückes, wie Art und Geschwindigkeit der Erwärmung auf Abschrecktemperatur, und insbesondere von der Art und den Eigenschaften, wie Härte, Zähigkeit, Verschleissfestigkeit, des Gefüges, das erzielt werden soll.The choice of the quenching method to be used in each individual case depends on various factors, such as: B. of the type and composition of the used Material, such as alloy components, carbon content, dimensions and history of the workpiece, such as the type and speed of heating to the quenching temperature, and in particular the type and properties, such as hardness, toughness, wear resistance, of the structure that is to be achieved.

Vorteilhafte Verfahrensausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 20, vorteilhafte Vorrichtungsausbildungen in den Patentansprüchen 22 bis 26 und vorteilhafte Anwendungen in den Patentansprüchen 27 bis 29 beschrieben.Advantageous embodiments of the method are set out in the claims 2 to 20, advantageous device designs in claims 22 to 26 and advantageous applications described in claims 27 to 29.

Eine besonders wirksame Wärmeabführung und damit eine hohe Abschreckgeschwindigkeit kann erreicht werden, wenn man das Werkstück mittels eines gekühlten Werkzeuges indirekt kühlt und gleichzeitig der direkten Einwirkung eines strömenden gasförmigen Kühlmittels unterwirft.A particularly effective heat dissipation and thus a high quenching speed can be achieved by holding the workpiece using a cooled tool indirectly cools and at the same time the direct action of a flowing gaseous Submits to coolant.

Gemäss einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens wird ein von einer Kühlflüssigkeit durchflossenes Werkzeug verwendet, wobei die Kühlfüssigkeit im Krei-slauf geführt werden kann. Die Steuerung der Wärmeabführung durch das gekühlte Werkzeug und damit der Abschreckgeschwindigkeit kann dabei durch Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit und/oder der Temperatur der Kühlflüssigkeit erfolgen.According to an advantageous embodiment of the method, one of a tool through which a cooling liquid flows, the cooling liquid can be carried out in a circle. The control of heat dissipation through the cooled The tool and thus the quenching speed can be adjusted by setting the Flow rate and / or the temperature of the cooling liquid take place.

Zur Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit und/oder Temperatur der Kühlflüssigkeit können die bei der Ueberwachung der Temperatur des Werkzeuges und/oder Kühlflussigkeit mit Hilfe von Temperaturfühlern erhaltenen Messwerte verwendet werden.For setting the flow rate and / or temperature the coolant can be used in the monitoring the temperature of the tool and / or cooling liquid obtained with the help of temperature sensors Measured values are used.

Wird das Abschrecken mittels eines gasförmigen Kühlmittels -allein oder in Kombination mit einer indirekten Kühlung mittels eines gekühlten Werkzeuges - vorgenommen, so kann die Wärmeabführung durch das gasförmige Kühlmittel durch Einstellung seiner Zufuhrmenge und/oder seiner Temperatur gesteuert werden. Die Einstellung der Zufuhrmenge kann dabei durch Einstellung des Gasdruckes und/oder von zur Zuführung verwendeten Düsen erfolgen. Weiterhin kann die Wärmeabführung durch das gasförmige Kühlmittel gesteuert werden, indem man das, gegebenenfalls im Kreislauf geführte, gasförmige Kühlmittel vor seiner Zuführung kühlt oder erwärmt.If the quenching by means of a gaseous coolant - alone or in combination with indirect cooling by means of a cooled tool - Made, the heat can be dissipated by the gaseous coolant Adjustment of its feed rate and / or its temperature can be controlled. the Adjustment of the supply amount can be done by adjusting the gas pressure and / or from nozzles used for feeding. Furthermore, the heat dissipation can be controlled by the gaseous coolant by the, optionally Circulated, gaseous coolant is cooled or heated before it is supplied.

Die Temperatur des gasförmigen Kühlmittels wird zweckmässigerweise laufend mit Hilfe von Temperaturfühlern überwacht. Die dabei erhaltenen Messwerte können zur Einstellung der Zufuhrmenge und/oder der Temperatur des gasförmigen Kühlmittels verwendet werden.The temperature of the gaseous coolant is expediently continuously monitored with the help of temperature sensors. The measured values obtained can be used to adjust the feed rate and / or the temperature of the gaseous coolant be used.

Ausserdem können die durch Ueberwachung der Temperatur des Werkstückes erhaltenen Messwerte zur Steuerung der Wärmeabführung durch das gekühlte Werkzeug und/oder das gasförmige Kühlmittel verwendet werden.In addition, by monitoring the temperature of the workpiece measured values obtained to control the heat dissipation through the cooled tool and / or the gaseous coolant can be used.

Zur Einstellung des Verfahrensverlaufes wird dabei zweckmässigerweise unter Auswertung von Messdaten eine programmierte Steuervorrichtung verwendet.To adjust the course of the procedure, it is expedient a programmed control device is used while evaluating measurement data.

Für die im Anschluss an das Abschrecken durchzuführende geregelte Wärmebehandlung sind im wesentlichen drei Varianten möglich, die jeweils zu bestimmten Ergebnissen führen, und zwar: - Direktes Vergüten, d. h. Erwärmen von einer Temperatur unterhalb der Anlasstemperatur auf eine verhältnismässig hohe Anlässtemperatur durch Wärme zufuhr von aussen; dies ergibt allgemein ein Gefüge mit niedriger Härte; - isotherme Wärmebehandlung durch Halten auf einer Temperatur, die niedriger ist als die beim direkten Vergüten anzuwendenden Anlasstemperatur, während einer vorgegebenen Dauer; dies ergibt allgemein ein Gefüge mit mittlerer Härte bei hoher Zähigkeit und/oder Verschleissfestigkeit; - BY-Behandlung, d. h. geregeltes, insbesondere verzögertes, Abkühlen von der Endtemperatur des Abschreckvorganges auf Raumtemperatur; dies ergibt allgemein ein Gefüge mit hoher Härte bei hoher Zähigkeit und/oder Verschleissfestigkeit.For the regulated to be carried out after the quenching There are essentially three variants of heat treatment possible that each lead to specific results, namely: - Direct tempering, d. H. Heat from a temperature below the tempering temperature to a relatively high one Tempering temperature by supplying heat from outside; this generally gives a structure with low hardness; - isothermal heat treatment by holding at one temperature, which is lower than the tempering temperature to be used for direct quenching and tempering, for a predetermined duration; this generally results in a structure with a medium Hardness with high toughness and / or wear resistance; - BY treatment, d. H. regulated, in particular delayed, cooling from the final temperature of the quenching process to room temperature; this generally results in a structure with high hardness and high toughness and / or wear resistance.

Bei allen drei Varianten kann gewünschtenfalls die im Werkstück vorhandene Restwärme ausgenützt werden.In all three variants, if desired, the one present in the workpiece can be used Residual heat can be used.

Die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Parameter, wie Temperaturen, Temperatur/Zeit-Folgen, Haltezeiten, lassen sich von Fall zu Fall durch Versuche ermitteln. Ihre Einstellung erfolgt vorzugsweise mittels einer programmierten Steuervorrichtung.The parameters required to carry out the procedure, such as temperatures, temperature / time sequences, holding times, can be changed on a case-by-case basis determine through experiments. They are preferably set using a programmed one Control device.

Darüberhinaus sind bei der Durchführung des Verfahrens noch weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten begeben. So kann das Werkstück beispielsweise während des Abschreckens einer formgebenden Behandlung unterworfen werden.In addition, there are others when carrying out the process Issue design options. For example, the workpiece can be used during the quenching are subjected to a shaping treatment.

Weiterhin ist es möglich, das Werkstück vor dem Einspannen in die Härtepresse zur Stabilisierung der Oberfläche vorzuküh-Jen, wodurch eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstückes durch das verwendete Werkzeug vermieden werden kann.It is also possible to place the workpiece in the Hardening press to stabilize the surface vorzuküh-Jen, causing damage the surface of the workpiece can be avoided by the tool used.

Schliesslich ist es möglich, die Ausbildung von Spannungen im Gefüge des Werkstückes dadurch zu vermeiden, dass man den Pressdruck der Härtepresse periodisch reduziert.Finally, it is possible for stresses to develop in the structure to avoid the workpiece by applying the pressure of the hardening press periodically reduced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben; dabei zeigen: Figur 1: Temperatur-/Zeit-Diagramm für ein direktes Vergüten; Figur 2: Temperatur-/Zeit-Diagramm für eine isotherme Wärmebehandlung; Figur 3: Temperatur-Zeit-Diagramm für eine BY-Behandlung; Figur 4: Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Figur 5: Schaltmuffe mit Innenverzahnung als Beispiel für ein zu härtendes Werkstück in perspektivischer Darstellung.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings described in more detail; show: Figure 1: Temperature / time diagram for a direct Tempering; FIG. 2: temperature / time diagram for an isothermal heat treatment; FIG. 3: temperature-time diagram for a BY treatment; Figure 4: block diagram a device for performing the method; Figure 5: Shift sleeve with internal teeth as an example of a workpiece to be hardened in a perspective view.

Aus dem in Figur 1 dargestellten Diagramm ist die Temperatur/Zeit-Folge bei der Wärmebehandlung eines Werkstückes durch direktes Vergüten, wie es bevorzugt in den Fällen zur Anwendung kommt, in denen ein Gefüge niederer Härte erhalten werden soll, ersichtlich. Die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen metallurgischen Parameter werden vor der Durchführung des Verfahrens durch Versuche ermittelt. Das auf eine Temperatur T1 erwärmte Werkstück wird zur Vermeidung von Formänderungen in eine Härtepresse eingespannt und innerha]b einer durch Versuche ermittelten, wenige Sekunden betragenden Zeitspanne abgeschreckt. Dabei werden die Oberflächentemperatur auf die Temperatur T2 und die Kerntemperatur auf die Temperatur T3 abgesenkt. Der zeitliche Verlauf der Oberflä.chentemperatur entspricht dabei der ausgezogenen Linie von P1 nach P2, während der zeitliche Verlauf der Kerntemperatur der gestrichelten Linie von P1 nach P3 folgt. Anschliessend wird die Oberflächentemperatur durch die vorhandene Restwärme und durch Wärmezufuhr von aussen auf die Temperatur T3, die An lasstemperatur, erhöht. Der Temperaturverlauf während des Erwärmens entspricht dabei der ausgezogenen Linie von P2 nach P3, derjenige beim nachfolgenden Abkühlen der Verbindungslinie zwischen P3 und P4.The temperature / time sequence is shown in the diagram shown in FIG in the heat treatment of a workpiece by direct quenching and tempering, as is preferred is used in cases in which a structure of low hardness is obtained should, evident. The metallurgical required to carry out the process Parameters are determined through tests before the procedure is carried out. That on a temperature T1 heated workpiece is used to avoid Changes in shape clamped in a hardening press and carried out internally through tests determined time span of a few seconds. The Surface temperature to temperature T2 and the core temperature to temperature T3 lowered. The time course of the surface temperature corresponds the solid line from P1 to P2, during the course of the core temperature over time follows the dashed line from P1 to P3. Then the surface temperature through the existing residual heat and through the supply of heat from outside on the temperature T3, the tempering temperature, increases. The temperature curve during heating corresponds to the solid line from P2 to P3, the one during the subsequent cooling the connecting line between P3 and P4.

Aus Figur 2 ist die Temperatur/Zeit-Folge während einer isothermen Wärmebehandlung, wie sie bevorzugt zur Erzielung eines Gefüges mit mittlerer Härte und hoher Zähigkeit und Verschleissfestigkeit angewendet wird, ersichtlich. Die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen metallurgischen Parameter werden zuvor durch Versuche ermittelt. Das auf eine Temperatur T11 erwärmte Werkstück wird zur Vermeidung von Formänderungen in eine Härtepresse eingespannt und während einer durch Versuche ermittelten, einige Sekunden betragenden Zeitspanne auf eine Temperatur T12 abgeschreckt.From Figure 2 is the temperature / time sequence during an isothermal Heat treatment, as preferred to achieve a structure with medium hardness and high toughness and wear resistance is applied. the the metallurgical parameters required to carry out the process determined beforehand through experiments. The workpiece heated to a temperature T11 becomes to avoid changes in shape clamped in a hardening press and during a Time span of a few seconds determined by experiments at a temperature T12 quenched.

Der Temperaturverlauf entspricht dabei der ausgezogenen Linie von P11 nach P12. Dann wird das Werkstück während einer der Strecke P12 bis P13 entsprechenden Zeitspanne auf der Temperatur T12 gehalten und anschliessend abkühlen gelassen.The temperature curve corresponds to the solid line from P11 to P12. Then the workpiece becomes one of the distances P12 to P13 Maintained the period of time at the temperature T12 and then allowed to cool.

Das in Figur 3 dargestellte Diagramm zeigt die Temperatur/ Zeit-Folge während einer als BY-Behandlung bezeichneten Wärmebehandlung, die bevorzugt zur Anwendung kommt, wenn ein Gefüge hoher Härte und hoher Zähigkeit und Verschleissfestigkeit, insbesondere ein Perlitgefüge mit feinteiligen Ausscheidungen, erhalten werden soll. Bei der BY-Behandlung wird das auf eine Temperatur T21 erwärmte Werkstück zur Vermeidung von Formänderungen in eine Härtepresse eingespannt und während einer durch Versuche ermittelten, wenige Sekunden betragenden Zeitspanne auf eine Temperatur T22 abgeschreckt.The diagram shown in Figure 3 shows the temperature / time sequence during a heat treatment called BY treatment, the is preferred when a structure of high hardness and high toughness and Wear resistance, in particular a pearlite structure with finely divided precipitates, should be preserved. In the case of the BY treatment, that is heated to a temperature T21 Workpiece clamped in a hardening press to avoid changes in shape during a period of a few seconds determined by tests quenched to a temperature T22.

Der zeitliche Verlauf der Temperatur entspricht dabei der ausgezogenen Linie von P21 nach P22. Anschliessend wird das Werkstück einer geregelten, insbesondere verzögerten, Abkühlung auf eine Temperatur T23 unterworfen. Der zeitliche Temperaturverlauf entspricht dabei der ausgezogenen Linie von P22 nach P23.The temperature curve over time corresponds to the one drawn out Line from P21 to P22. The workpiece is then regulated, in particular subjected to delayed cooling to a temperature T23. The temperature profile over time corresponds to the solid line from P22 to P23.

Das Blockdiagramm in Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines gekühlten Werkzeuges bei gleichzeitiger direkter Kühlung durch ein gasförmiges Kühlmittel geeigneten Vorrichtung.The block diagram in Figure 4 shows a schematic representation of a to carry out the process using a cooled tool simultaneous direct cooling by a device suitable for gaseous coolant.

Ein auf einer Auflage 2 angeordnetes Werkstück 4, z.B. eine Schaltmuffe 6 mit Innenverzahnung 8 gemäss Figur 5, wird durch einen Dorn 10, der in Richtung des Pfeiles 10a vertikal verschiebbar angeordnet ist, gehalten. Seitlich angeordnete Pressstempel 12, die in Richtung der Pfeile 12a horizontal verschiebbar sind, pressen das Werkstück 4 gegen den Dorn 10.A workpiece 4 arranged on a support 2, e.g. a shift sleeve 6 with internal teeth 8 according to Figure 5, is through a mandrel 10, which in the direction of the arrow 10a is arranged vertically displaceable, held. Laterally arranged Press rams 12, which are horizontally displaceable in the direction of arrows 12a the workpiece 4 against the mandrel 10.

Gleichzeitig pressen oberhalb des Werkstückes 4 angeordnete Pressstempel 14, die in Richtung der Pfeile 14a vertikal verschiebbar angeordnet sind, das Werkstück 4 auf die Auflage 2.At the same time, press rams arranged above the workpiece 4 14, which are arranged to be vertically displaceable in the direction of arrows 14a, the workpiece 4 on edition 2.

Durch das Zusammenwirken der Pressstempel 12 und 14 mit dem Dorn 10 wird das Werkstück 4 derart auf der Unterlage 2 eingespannt, dass eine unerwünschte Aenderung seiner Form praktisch ausgeschlossen ist.The interaction of the press rams 12 and 14 with the mandrel 10 the workpiece 4 is clamped on the base 2 in such a way that an undesired Changing its shape is practically impossible.

Der Dorn 10 und die Pressstempel 12 sowie gegebenenfalls die Auflage 2 sind mit Kanälen 16,18 versehen, durch die eine aus einer ersten Speisevorrichtung 20 mit Pumpe und Konditioniereinrichtung, welche die Kühlflüssigkeit Je nach Bedarf kühlt oder erwärmt, über Zuleitungen 22, 24 zugeführte Kühlflüssigkeit fliesst. Die Pressstempel 14 sind ebenfalls mit, in der Figur aus Gründen der Uebersichtlichkeit nicht dargestellten, Kanälen zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit und zugehörigen Zu-und Ableitungen ausgestattet. Die in den Kanälen fliese Kühlflüssigkeit wird über Ableitungen 26,28 einem Wärmesutauscher 30 zugeführt, der dazu dient, die durch die Ableitung gen 26,28 zugeführte Kühlflüssigkeit, deren Temperatur durch die Temperaturfühler 32,33,34 laufend gemessen wird, zu kühlen. Vom Wärmeaustauscher 30 gelangt die Kühl flüssigkeit durch die Leitung 36 in die erste Speisevorrichtung 20 zurück und gelangt von dort wieder in den Kühlkreislauf. Die für die erforderliche Wärmeabführung einzustellende Temperatur des Dornes 10 und der Pressstempel 12,14 kann mittels eines Temperaturfühlers 38 überwacht werden.The mandrel 10 and the ram 12 and, if applicable, the support 2 are provided with channels 16,18, through which one from a first feed device 20 with pump and conditioning device, which the cooling liquid as required cools or heated, cooling liquid supplied via feed lines 22, 24 flows. The press rams 14 are also shown in the figure for reasons of clarity not shown, channels for receiving cooling liquid and associated supply and Derivatives fitted. The cooling liquid flowing in the channels is discharged via drains 26,28 fed to a heat exchanger 30, which is used by the discharge gen 26,28 supplied coolant, the temperature of which is determined by the temperature sensor 32,33,34 is measured continuously to cool. The cooling arrives from the heat exchanger 30 liquid back through the line 36 into the first feed device 20 and arrives from there back into the cooling circuit. The one to be set for the required heat dissipation The temperature of the mandrel 10 and the ram 12, 14 can be measured by means of a temperature sensor 38 are monitored.

Die Auflage 2, der Dorn 10 und die Pressstempel 12,14 sind an ihren, dem Werkstück 4 zugewandten Oberflächen mit in der Figur angedeuteten Nuten 40,42,44,46 versehen, durch die ein gasförmiges Kühlmittel, das mittels einer zweiten Speisevorrichtung aus einem Gebläse 48 und einer Konditioniereinrichtung 50 durch eine oder mehrere Zuleitungen 52 in der Auflage 2 zugeführt wird, zur Einwirkung auf das Werkstück 4 gebracht wird. Zur Ueberwachung der Temperatur des gasförmigen Kühlmittels ist ein Temperaturfühler 54 vorgesehen, der gegebenenfalls mit der Konditioniereinrichtung 50, vorzugsweise jedoch mit einer zentralen Steuervorrichtung 56, insbesondere einer Programmsteuerung, über eine Verbindungsleitung 57 verbunden ist.The support 2, the mandrel 10 and the ram 12, 14 are at their, the workpiece 4 facing surfaces with grooves 40, 42, 44, 46 indicated in the figure provided, through which a gaseous coolant, which by means of a second feed device from a fan 48 and a conditioning device 50 by one or more Leads 52 in the support 2 is fed to act on the workpiece 4 is brought. To monitor the temperature of the gaseous coolant is a temperature sensor 54 is provided, which is optionally connected to the conditioning device 50, but preferably with a central control device 56, in particular one Program control, via a connecting line 57 is connected.

Bei Verwendung von Druckluft oder anderen wenig kostspieligen und unschädlichen Gasen als gasförmiges Kühlmittel lässt man dieses nach dem Umspülen des Werkstückes 4 in die Umgebung entweichen. Werden hingegen kostspielige nase, z.B. Edelgase, verwendet oder soll eine Umweltbelastung vermieden werden, so kann das gasförmige Kühlmittel, wie in der Figur dargestellt, im Kreislauf geführt werden. In diesem Fall wird das gasförmige Kühlmittel nach UmspUlen des Werkstückes 4 über Ableitungen 58,60 einem Wärmeaustauscher 62 zugeführt und gelangt von dort in den Kreislauf zurück.When using compressed air or other inexpensive and harmless gases as a gaseous coolant are left after flushing of the workpiece 4 escape into the environment. On the other hand, are expensive noses, e.g. noble gases are used or environmental pollution is to be avoided, so can the gaseous coolant, as shown in the figure, be circulated. In this case, the gaseous coolant is overflowed around the workpiece 4 Outlets 58, 60 are fed to a heat exchanger 62 and from there into the Cycle back.

Mit dem Werkstück 4 in Berührung stehende Temperaturfühler 66,68 sind über Verbindungsleitungen 69 mit der zentralen Steuervorrichtung 56 verbunden, mit der auch die erste Speisevorrichtung 20 und die zweite Speisevorrichtung 48,50 über Verbindungsleitungen 70,71 in Verbindung stehen. Gleichzeitig ist die Steuervorrichtung 56 über Verbindundungsleitungen 72,73,74 mit den Temperaturfühlern 32,34,38 verbunden. Die zentrale Steuervorrichtung 56 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Programmsteuerung unter Verwendung der von den Temperaturfühlern 32,34,38,66 und/oder 68 gelieferten und über die Verbindungsleitungen 69,72,73,74 eingespeisten Messwerte gestattet. Die Steuervorrichtung 56 steuert die Temperatur und/oder die Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit und/oder des gasförmigen Kühlmittels.With the workpiece 4 in contact temperature sensors 66,68 are connected via connecting lines 69 to the central control device 56, with which also has the first feed device 20 and the second feed device 48, 50 Connecting lines 70,71 are in connection. At the same time is the control device 56 connected to the temperature sensors 32,34,38 via connecting lines 72,73,74. The central control device 56 is preferably designed so that it is a Program control using the temperature sensors 32,34,38,66 and / or 68 measured values supplied and fed in via the connecting lines 69, 72, 73, 74 allowed. The control device 56 controls the temperature and / or the speed the cooling liquid and / or the gaseous coolant.

Nach dem Abschrecken kann das Werkstück in der Härtepresse einer geregelten Wärmebehandlung unterworfen oder zur Durchführung der Wärmebehandlung in eine Warmhaltepresse überführt werden. Letzteres ist insbesondere in den Fällen zweckmässig, in denen die Wärmebehandlung eine Wärme zufuhr von aussen erfordert, wie dies beispielsweise beim direkten Vergüten der Fall ist. Die Wärmezufuhr von aussen erfolgt bevorzugt unter Verwendung von Heizpatronen in der Warmhaltepresse. In allen Fällen, d.h. beim direkten Vergüten, bei isothermer Wärmebehandlung und bei geregeltem, insbesondere verzögertem, Abkühlen, wird die Einstellung der zuvor experimentell ermittelten metallurgischen Parameter zweckmässigerweise mittels Programmsteuerung vorgenommen. Dadurch lässt sich eine vollständige oder teilweise Automatisierung des gesamten Verfahrensablaufes erreichen.After quenching, the workpiece can be regulated in the hardening press Subjected to heat treatment or to carry out the heat treatment in a holding press be convicted. The latter is particularly useful in cases where the heat treatment requires a supply of heat from the outside, as is the case, for example is the case with direct compensation. The supply of heat from outside is preferred under Use of heating cartridges in the holding press. In all Cases, i.e. direct quenching and tempering, isothermal heat treatment and regulated, In particular, delayed cooling, the setting is previously experimental determined metallurgical parameters expediently by means of program control performed. This allows a full or partial automation of the entire process.

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Claims

F a t e n t a n t a n t r u c e 1. Procedure for standard, low-warpage Hardening of workpieces made of hardenable metallic materials in a hardening press, the workpiece being brought to hardening temperature, clamped in a hardening press and quenched and further subjected to heat treatment steps in the restrained condition is, characterized in that the workpiece by means of a cooled tool and / or quenched by means of a flowing gaseous coolant and without intermediate treatment subject to regulated heat treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that one To achieve a high quenching speed, the workpiece is cooled by means of a Tool indirectly cools and at the same time the direct action of a flowing subject to gaseous coolant.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that one uses a tool through which a coolant flows, whereby if necessary, the coolant is circulated.

4. The method according to claim 3, characterized in that one the heat dissipation through the cooled tool and thus the quenching speed by adjusting the flow rate and / or the temperature of the cooling liquid controls.

Hardening press process 5. Method according to claim 4, characterized in that the temperature of the tool and / or the cooling liquid monitored with the help of temperature sensors and the measured values obtained for adjustment the flow rate and / or the temperature of the cooling liquid is used.

6. The method according to claim 1, characterized in that one air or nitrogen is used as the gaseous coolant.

7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the heat dissipation through the gaseous coolant and thus the quenching speed by adjusting the supply amount and / or the temperature of the gaseous coolant controls.

8. The method according to claim 7, characterized in that one the adjustment of the supply amount of the gaseous coolant by adjusting the Gas pressure and / or by adjusting the nozzles used for supply.

9. The method according to claim 7, characterized in that one the gaseous coolant, possibly circulated, before the supply cools or warms.

10. The method according to claim 7, characterized in that the temperature of the inflowing and optionally the outflowing gaseous Coolant is monitored with the help of temperature sensors and the measured values obtained to adjust the supply amount of the gaseous Coolant and / or used to adjust its temperature.

11. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the workpiece is monitored and the measured values obtained are used for control the heat dissipation through the cooled tool and / or the gaseous coolant used.

12. The method according to any one of claims 5, 10 and 11, thereby characterized in that the method is carried out by means of a programmed control device using the measured values determined.

13. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece is quenched to a temperature below the tempering temperature and then by supplying heat from the outside, possibly using im Residual heat present in the workpiece, for example according to the temperature / time diagram according to Fig. 1.

14. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece is quenched and then, if necessary using im Workpiece of existing residual heat, subjected to an isothermal heat treatment, for example according to the temperature / time diagram according to FIG. 2.

15. The method according to claim 14, characterized in that the isothermal heat treatment at a temperature below the tempering temperature performs.

16. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece is subjected to regulated, preferably delayed, cooling, for example according to the temperature / time diagram according to FIG. 3.

17. The method according to claim 1, characterized in that the regulated heat treatment is carried out in a holding press.

18. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece is simultaneously subjected to a shaping treatment.

19. The method according to claim 1, characterized in that before clamping the workpiece in the hardening press to stabilize the surface pre-cooled.

20. The method according to claim 1, characterized in that the pressure of the hardening press to avoid tension in the structure of the workpiece periodically reduced.

21. Device for performing the method according to claim 1, with a hardening press, which has a support for a workpiece and a press ram for dimensionally stable clamping of the workpiece, furthermore with a cooling device for quenching the workpiece, characterized in that the cooling device inner channels arranged in the support (2) and / or in the press rams (10, 12, 14) (16, 18) for guiding a cooling liquid and / or facing the workpiece (4) Grooves (40,42,44,46) for guiding a gaseous coolant having, wherein a first feed device (20) for the cooling liquid and a second feed device (48, 50) for the gaseous coolant are present.

22. Device according to claim 21, characterized in that the first feed device (20) and / or the second feed device (48, 50) conditioning devices (50) for conditioning the cooling liquid and / or the gaseous coolant exhibit.

23. Device according to claim 21, characterized in that in the feed lines (22,24) and optionally in the outlets (26,28,58,60) of the first feed device (20) and / or the second feed device (48, 50) temperature sensor (32,33,34,54) are arranged.

24. Device according to claim 21, characterized in that at least one temperature sensor (66,68) interacting with the workpiece having.

25. Device according to claim 23 and / or 24, characterized in that that they have a preferably programmed control device (56) for controlling the Has quenching process, to which the temperature sensors (32,33, 34,54) are connected and which are connected to the first and / or second feed device (20, 48, 50) is.

26. Device according to claim 21, characterized in that in the first feed device (20) and / or in the second feed device (48, 50) the coolant or the gaseous coolant in the circuit are guided / is, a heat exchanger (30,62,) being arranged in each case in the circuit is.

27. Application of the method according to claim 1 to workpieces made of ferrous materials.

28. Application according to claim 27, characterized in that the workpiece is at a temperature at which it has an austenitic structure, to a temperature below the formation temperature of pure martensite and / or bainite structure deterred.

29. Application according to claim 27, characterized in that the workpiece is at a temperature at which it has an austenitic structure, to a temperature below the formation temperature of a finely divided precipitate exhibiting, perlite structure discourages.