DE3636848A1

DE3636848A1 - Verfahren zur waermebehandlung eines metallkoerpers

Info

Publication number: DE3636848A1
Application number: DE19863636848
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Mino
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-10-30
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1987-05-07
Also published as: US4767493A; GB2182351A; DE3636848C2; JPH0121869B2; GB2182351B; JPS62103349A; GB8625989D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebe handlung eines Metallkörpers, das dazu angewendet wird, Metallkristalle in erheblichem Ausmaß grob zu machen, einen Einkristall wachsen zu lassen oder Kristalle in einer Richtung grob zu machen (einseitig gerichtetes Kristallkorn wachstum), und zwar mit Hilfe einer sekundären Rekristal lisation, wie es bei der Erzeugung von Einkristallmetallen durch einen Prozeß zum Spannungsfreimachen oder bei der Er zeugung von einseitig gerichteten rekristallisierten Metal len durch einen pulvermetallurgischen Vorgang der Fall ist.

Bei einer herkömmlichen Wärmebehandlung, um Metallkristalle einer Legierung in erheblichem Maß grob zu machen, wird, wie die beigefügte Fig. 3 zeigt, ein Metall- oder ein Legie rungskörper a, der behandelt werden soll, allmählich durch eine Beheizungszone b geführt, die von Heizschlangen, -spulen od. dgl. bestimmt ist, wobei der Körper der umgeben den Atmosphäre ausgesetzt wird. Ein Pyrometer wird zum Er fassen der Temperatur des Metall- oder Legierungskörpers a bzw. der Temperatur der Atmosphäre in einem Heizofen verwen det, wonach die elektrische Leistung des Ofens geregelt wird.

Wenn der zu behandelnde Metall- oder Legierungskörper a große unterbrochene oder sprunghafte Abschnitte bzw. Teile hat, wie die großen oder starken Absätze bzw. Stufen, die in Fig. 3 gezeigt sind, dann ändert sich die Wärmeabgabe vom Metall- oder Legierungskörper a mit der Zeit. Selbst wenn die Temperatur in der Beheizungszone b auf einem vorbe stimmten Wert gehalten wird, können sich deshalb die maxi malen Heiztemperaturen vom einen Punkt zum anderen am Kör per a ändern, so daß der Metall- oder Legierungskörper a geschmolzen oder auf einer unter der Rekristallisations temperatur liegenden Temperatur gehalten werden kann, was zur Folge hat, daß Metall- oder Legierungsprodukte, die die gewünschten Qualitäten haben, nicht zu erhalten sind.

Im Hinblick auf die obigen Darlegungen ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Me tallkörpers aufzuzeigen, mit dem es möglich ist, an Metall- oder Legierungskörpern bzw. -teilen mit einer komplizierten Gestaltung eine Wärmebehandlung in gewünschter und angemesse ner sowie zweckdienlicher Weise auszuführen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein zu behandelnder Metall- oder Legierungskörper in eine Form eingesetzt, deren Außenfläche eine einfache, unkomplizierte Gestalt hat und deren Querschnitt in einer zur Bewegungs richtung der Form rechtwinkligen Richtung im wesentlichen konstant ist. Der Metall- oder Legierungskörper wie auch die Form werden gleichzeitig beheizt, so daß der Körper durch die Form hindurch erhitzt wird derart, daß die maximale Heiztemperatur an allen Flächen des Metall- oder Legierungs körpers konstant eingehalten werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für das Verfahren gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung er läutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anlage von Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt zur bereits abgehan delten herkömmlichen Technik.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen zu behandelnden Metall- oder Legierungskörper 1 und eine Form 2, in die der Körper 1 zu seiner Behandlung eingesetzt wird.

Die Form 2 weist eine solche Ausbildung auf, daß bei in die se eingesetztem, zu behandelnden Körper 1 zwischen diesem und den Innenflächen der Form 2 kein zu großer Abstand oder Freiraum vorhanden ist. Ferner weist das Äußere der Form 2 eine in deren Achsrichtung einfache, unkomplizierte sowie ohne Unterbrechungen durchgehende Gestalt nach Art einer Stange mit kreisförmigem oder rechtwinkligem - vor allem quadratischem - Querschnitt auf. Der zu behandelnde Körper 1 wird in die Form 2 eingesetzt, worauf der Körper 1 und die Form 2 gleichzeitig in einer Heizzone 3, die von einer Hochfrequenz-Induktionsheizspule, einem Kohlenstoffsuszep tor od. dgl. bestimmt wird, beheizt werden.

Ein Abstand bzw. eine Lücke zwischen dem Metall- oder Le gierungskörper 1 und der Form 2 sowie ein Unterschied in den thermischen Kennwerten zwischen diesen beeinflußt die Leichtigkeit, mit der die Temperaturregelung erfolgt, d.h., je kleiner der Abstand und der Unterschied in den thermi schen Kenndaten sind, desto leichter wird die Temperaturre gelung. Des weiteren wird die Oberflächentemperatur der Form 2 höher als eine Wärmebehandlungstemperatur, so daß es vorzuziehen ist, die Form aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt zu fertigen. Ferner wird die Herstel lung der Form in einem Präzisionsgießvorgang oder in einer Bearbeitung mit Elektroentladung bevorzugt, wie die Form auch trennbar sein soll, um den Körper 1 ohne Schwierigkei ten in diese einzubringen und aus ihr herauszunehmen. In den Fig. 1 und 2 ist eine Teilungsfläche 4 der Form zu er kennen.

Es wird bevorzugt, einen direkten Hochfrequenz-Induktions heizvorgang anzuwenden, und zwar eher oder besser als einen Heizvorgang mit Hilfe von Strahlung, weil der erstgenannte Vorgang nicht nur einen Vorteil insofern bietet, als die Heizgeschwindigkeit hoch ist, sondern auch insofern, als ein großes Temperaturgefälle, das bei einer Zonenbeheizung zu bevorzugen ist, erhalten wird. Im allgemeinen kann die Form 2 in Gestalt eines Rundstabes eine gleichförmige Tempera turverteilung leichter erreichen lassen als eine quadrati sche Querschnittsgestalt. Jedoch kann die letztere Gestalt im Fall eines zu behandelnden Metallkörpers 1, der dünn ist, wie z.B. ein Blatt einer Turbinenschaufel, geeignet und zweckmäßig sein.

Ein Legierungskörper mit einer Breite von 20 mm sowie einer Länge von 70 mm und mit zwei Stufen von 4 mm bzw. 6 mm Dicke oder Stärke wurde durch einen Genauschmiedevorgang in einer Vakuum-Heißpresse aus einem warm stranggepreßten Rundstab von 13 mm Durchmesser aus einer durch eine Oxid dispersion verstärkten Legierung, die aus 22% Cr, 18% Co, 4% W, 2% Ti und 1,5% Ta sowie 2,5% Al und 1% Y₂O₃ sowie als Rest Ni bestand, erhalten. Der Legierungskörper wurde dann dem einachsigen Kornwachstumsprozeß, auf den die Erfin dung angewendet wurde, ausgesetzt. In diesem Fall war die Form 2 zweiteilig, sie bestand aus einer Legierung, deren Komponenten mit Ausnahme von Y₂O₃ zu den obigen gleichartig waren, sie hatte eine Querschnittsfläche von 20 × 30 mm² sowie eine Länge von 150 mm, und ihr Inneres war so ausge arbeitet, daß das Einsetzen eines zu behandelnden Körpers möglich war.

Auf die Außenoberfläche des Legierungskörpers wurde ein Formtrennmittel aufgetragen, worauf der Körper in die Form eingesetzt wurde. Die Form wurde auf 1300°C durch eine Hoch frequenz-Induktionsspule (50 kW) erhitzt und mit einer Ge schwindigkeit von 100 mm/h zur Durchführung einer Zonenbe heizung bewegt. Als Ergebnis zeigte sich, daß der Legierungs körper eine gewünschte, einseitig gerichtete Kristallkorn wachstumsstruktur hatte.

Bei der Ausführung der Zonenbeheizung kann die Form abgedich tet und/oder der Sauerstoff aus der Form abgezogen werden, um die Zonenbeheizung in der Luftatmosphäre zu erhalten.

Die Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung können, wie folgt, herausgestellt werden.

a) Die Gestaltung der Außenoberfläche der Form ist konti nuierlich und einfach, so daß die Möglichkeit gegeben ist, die Zonen-Wärmebehandlung für einen Metall- oder Legierungs körper, der eine komplizierte äußere Gestaltung hat, auszu führen.
b) Wenn eine Form verwendet wird, in die zu behandelnde Me tall- oder Legierungskörper in einer Mehrzahl eingesetzt sind, so können diese Körper fortlaufend und ununterbrochen einer Zonenbeheizung unterworfen werden.
c) Wenn die Teilungsfläche der getrennten Form abgedichtet oder die Form in einen Zylinder eingesetzt wird, der auf eine nichtoxidierende Atmosphäre eingerichtet wird, dann ist es möglich, die Zonenbeheizung in der Atmosphäre auszu führen, so daß ein hoher Produktivitätsgrad gewährleistet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metall- oder Legie rungskörpers, gekennzeichnet durch Einsetzen des Körpers in eine eine einfache Außengestaltung aufweisende Form und Erhitzen des Körpers zusammen mit der Form.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form Teilungsflächen hat, die zur Ausführung einer Zonenbeheizung in einer Luftatmosphäre abgedichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form in einen luftdichten Zylinder eingesetzt und Sauerstoff aus dem luftdichten Zylinder zur Erzielung einer Zonenbeheizung in einer Luftatmosphäre entfernt wird.