DE3636848C2

DE3636848C2 -

Info

Publication number: DE3636848C2
Application number: DE3636848A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Chiba Jp 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: 1989-06-22
Also published as: JPH0121869B2; US4767493A; DE3636848A1; GB2182351A; GB2182351B; JPS62103349A; GB8625989D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung einer zur Längsachse gerichteten Kornorientierung in einem eine komplizierte Gestaltung aufweisenden Metall- oder Legie rungskörper mit Hilfe eines den Körper aufnehmenden Glühge fäßes, das eine einfache Ausgestaltung aufweist und zusammen mit dem Körper erhitzt wird, sowie auf ein Glühgefäß zur Wär mebehandlung eines Metall- oder Legierungskörpers, das eine einfache Ausgestaltung mit einem zu seiner Längsachse recht winkligen, im wesentlichen konstanten Querschnitt hat.

Ein derartiges Verfahren und Glühgefäß sind aus der DE-PS 1 00 130 bekannt.

Zu dem der Erfindung zugrundeliegenden Problem wird auf die Fig. 3 Bezug genommen. Bei einer herkömmlichen Wärmebehandlung, um Metallkristalle einer Legierung in erheb lichem Maß grob zu machen, wird, wie die Fig. 3 zeigt, ein Metall- oder Legierungskörper a, der behandelt werden soll, allmählich durch eine Beheizungszone b geführt, die von Heizschlangen, -spulen od. dgl. bestimmt ist, wobei der Körper der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Ein Pyrometer wird zum Erfassen der Temperatur des Metall- oder Legierungskörper a bzw. der Temperatur der Atmosphäre in einem Heizofen verwendet, 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 vorbestimmten Wert gehalten wird, können sich deshalb die maximalen Heiz temperaturen vom einen Punkt zum anderen am Körper a ändern, so daß der Metall- oder Legierungskörper a geschmolzen oder auf einer unter der Rekristallisationstemperatur liegenden Temperatur gehalten werden kann, was zur Folge hat, daß Me tall- oder Legierungsprodukte, die die gewünschten Qualitä ten haben, nicht zu erhalten sind. Es variieren nämlich der Abstand von der Heizzone wie auch die zum Temperaturanstieg benötigte Wärmemenge bei Einheitstemperatur zwischen einem Punkt am oberen, rechteckig dargestellten Teil, wenn sich dieser in der Heizzone befindet, und einem nahe dem Übergang im trapezförmigen Teil sowie einem noch weiter unten in die sem trapezförmigen Teil befindlichen Punkt, wenn diese sich in der Heizzone befinden. Insofern kann eine befriedigende, ausreichende Temperaturregelung für die durch die Heizzone sich bewegenden Punkte (Beheizungsstellen) auf eine vorbe stimmte Maximaltemperatur nicht bewirkt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, durch das in einem eine komplizierte Gestaltung aufweisenden Metall- oder Legierungskörper bei konstanter Einhaltung der maximalen Heiztemperatur an allen Flächen des zu behandeln den Körpers mit Hilfe einer sekundären Rekristallisation ein einseitig gerichtetes Kristallkornwachstum erzielt wird, und ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Glüh gefäß anzugeben.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben bei einem gattungsgemä ßen Verfahren und Glühgefäß durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst, wobei die Unteransprüche jeweils vorteilhafte Weiterbildungen für das Verfahren und das Glühgefäß zum Gegenstand haben.

Die gattungsbildende DE-PS 1 00 130 offenbart ein Glühgefäß, das den Nachteil des stellenweisen Festpressens des Inhalts vermeiden soll, weshalb die Innenflächen dieses Glühgefäßes zum zu behandelnden Körper oder Inhalt offenbar keinen mög lichst kleinen Abstand haben oder haben müssen. Über die thermischen Kenndaten des zu behandelnden Körpers und des Glühgefäßes wie auch über dessen Bewegung ist der Schrift eine Aussage nicht zu entnehmen.

Die CH-PS 3 01 572 hat eine Glühvorrichtung zum Gegenstand, bei der das zu behandelnde Gut auf einen Isolierkörper geschich tet und dann in einen Ofenraum eingeschoben wird.

Dem Buch "Wärmöfen für Walzwerke und Schmieden", VEB Verlag Technik, 1959, ist zu entnehmen, daß das in einer Muffel auf genommene Wärmgut von Rauchgas nicht berührt wird, so daß die Gutoberfläche nicht verzundert und insofern die Abmes sungen des behandelten Werkstücks genau eingehalten werden können.

Nach der DE-PS 9 72 783 wird ein Stahlstück, das sich unter seinem Eigengewicht bei hohen Temperaturen verformen würde, in eine körnige, feuerfeste Masse, z. B. Sand, die nach außen abgestützt ist, eingebettet, um das Stahlstück vor einer wesentlichen Verformung zu bewahren. Die Verwendung von kör nigem Material in einem Glühgefäß ist zwar ein einfacher Weg zum angegebenen Zweck, jedoch hat dieses Material viel Frei raum (bis zu 60%), so daß die effektiven, thermischen Kenn werte am betreffenden Körper in sehr hohem Maß variabel sind und das angestrebte Ergebnis nicht in sicherer, wiederholba rer Weise erlangt werden kann.

Eine hoch wirksame Zonenbeheizung kann auch mit einem Ofen (Abb. 37 auf Seite 79 aus "Methoden der Kristallzüchtung" von K.-Th. Wilke, 1963), der gegenüber dem zu behandelnden Körper eine recht beträchtliche Länge hat, nicht erreicht werden.

Durch das Einsetzen des zu behandelnden Körpers in einen Hohlraum des Glühgefäßes mit möglichst kleinem Abstand zu den Hohlraum-Innenflächen in Verbindung mit weitgehender Gleichheit der thermischen Kenndaten von Glühgefäß sowie zu behandelndem Körper und durch Bewegen des Glühgefäßes in axialer Richtung durch eine ringförmige Heizzone, wobei das Glühgefäß und das darin befindliche zu behandelnde Teil auf Grund des möglichst kleinen Abstandes zwischen diesen als ein einheitlicher Körper der Wärmeeinwirkung einer ringför migen, kurzen Heizzone ausgesetzt werden, kann ein größeres Temperaturgefälle längs des zu behandelnden Teils (Körpers) erzielt werden, so daß die maximale Heiztemperatur an allen Flächen des zu behandelnden Körpers, auch bei komplizierter Gestalt dieses Körpers, konstant eingehalten werden kann und die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst wird.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich nung erläutert. In dieser zeigt

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

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

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt zur bereits abge handelten herkömmlichen Technik.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen zu behandelnden Metall- oder Legierungskörper 1 und ein Glühgefäß 2, in das der Körper 1 zu seiner Behandlung eingesetzt wird.

Das Glühgefäß 2 hat eine solche Ausbildung, daß bei in die ses eingesetztem, zu behandelnden Körper 1 zwischen diesem und den Innenflächen des Glühgefäßes 2 kein zu großer Abstand oder Freiraum vorhanden ist. Ferner weist das Äußere des Glühgefäßes 2 eine in dessen Achsrichtung einfache, unkom plizierte sowie ohne Unterbrechungen durchgehende Gestalt nach Art einer Stange mit kreisförmigem oder rechtwinkligem - vor allem quadratischem - Querschnitt auf. Der zu behan delnde Körper 1 wird in das Gefäß 2 eingesetzt, worauf der Körper 1 und das Glühgefäß 2 gleichzeitig in eine Heizzone 3, die von einer Hochfrequenz-Induktionsheizspule, einem Kohlenstoffsuszeptor od. dgl. bestimmt wird, beheizt werden.

Ein Abstand bzw. eine Lücke zwischen dem Metall- oder Le gierungskörper 1 und dem Gefäß 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 des Glüh gefäßes 2 höher als eine Wärmebehandlungstemperatur, so daß es vorzuziehen ist, daß Gefäß aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt zu fertigen. Ferner wird die Herstel lung des Gefäßes in einem Präzisionsgießvorgang oder in einer Bearbeitung mit Elektroentladung bevorzugt, wie das Gefäß auch trennbar sein soll, um den Körper 1 ohne Schwie rigkeiten in dieses einzubringen und aus ihm herauszunehmen. In den Fig. 1 und 2 ist eine Teilungsfläche 4 des Gefäßes zu erkennen.

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 das Glüh gefäß 2 in Gestalt eines Rundstabes eine gleichförmige Tempe raturverteilung 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 Oxiddispersion ver stärkten 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 Kornwachstumprozeß, auf den die Erfindung angewendet wurde, ausgesetzt. In diesem Fall war das Glühgefäß 2 zweiteilig, es bestand aus einer Legierung, deren Komponenten mit Ausnah me von Y₂O₃ zu den obigen gleichartig waren, es hatte eine Querschnittsfläche von 20 × 30 mm² sowie eine Länge von 150 mm, und sein Inneres war so ausgearbeitet, daß das Ein setzen eines zu behandelnden Körpers möglich war.

Auf die Außenoberfläche des Legierungskörpers wurde ein Form trennmittel aufgetragen, worauf der Körper in das Glühgefäß eingesetzt wurde. Dieses 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 Legie rungskörper eine gewünschte, einseitig gerichtete Kristall kornwachstumsstruktur hatte.

Bei der Ausführung der Zonenbeheizung kann das Glühgefäß abgedichtet und/oder der Sauerstoff aus diesem 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 des Glühgefäßes ist kontinuierlich und einfach, so daß die Möglichkeit gegeben ist, die Zonen-Wärmebehandlung für einen Metall- oder Legie rungskörper, der eine komplizierte äußere Gestaltung hat, auszuführen.
b) Wenn ein Glühgefäß verwendet wird, in das zu behandelnde Metall- oder Legierungskörper in einer Mehrzahl eingesetzt sind, so können diese Körper fortlaufend und ununterbrochen einer Zonenbeheizung unterworfen werden.
c) Wenn die Teilungsfläche des geteilten Glühgefäßes abgedichtet oder dieses in einen Zylinder eingesetzt wird, der auf eine nicht oxidierende Atmosphäre eingerichtet wird, dann ist es möglich, die Zonenbeheizung in der Atmosphäre auszuführen, so daß ein hoher Produktivitätsgrad gewährleistet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Ausbildung einer zur Längsachse gerichte ten Kornorientierung in einem eine komplizierte Gestal tung aufweisenden Metall- oder Legierungskörper mit Hilfe eines den Körper aufnehmenden Glühgefäßes, das eine ein fache Ausgestaltung aufweist und zusammen mit dem Körper erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandeln de Körper in einen Hohlraum des Glühgefäßes, dessen Innen flächen einen möglichst kleinen Abstand zum zu behandeln den Körper haben und dessen Material in seinen thermischen Kenndaten im wesentlichen den Kenndaten des Materials des zu behandelnden Körpers gleich ist, jedoch einen höheren Schmelzpunkt hat, eingesetzt und dann das Glühgefäß in axialer Richtung durch eine ringförmige Heizzone zur Durchführung einer Zonenbeheizung bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilungsflächen des Glühgefäßes für eine Zonenbeheizung in einer Luftatmosphäre abgedichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgefäß in einen luftdichten Zylinder eingesetzt und Luft aus dem luftdichten Zylinder für eine Zonenbe heizung in einer Luftatmosphäre entfernt wird.

4. Glühgefäß zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Glühgefäßes (2) in seinen thermischen Kenn daten im wesentlichen zu den thermischen Kenndaten des Materials des zu behandelnden Körpers (1) gleich ist, je doch einen höheren Schmelzpunkt hat, und daß im Glühgefäß ein den zu behandelnden Körper mit möglichst geringem Ab stand umschließender Hohlraum ausgebildet ist.

5. Glühgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Richtung des Glühgefäßes (2) mehrere, je einen zu behandelnden Körper (1) aufnehmende Hohlräume aus gebildet sind.