EP0752479B1 - Process for the interrupted quenching of a light alloy casting coming from a solution treating furnace - Google Patents

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EP0752479B1
EP0752479B1 EP96107837A EP96107837A EP0752479B1 EP 0752479 B1 EP0752479 B1 EP 0752479B1 EP 96107837 A EP96107837 A EP 96107837A EP 96107837 A EP96107837 A EP 96107837A EP 0752479 B1 EP0752479 B1 EP 0752479B1
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EP
European Patent Office
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water
castings
air
approximately
accordance
Prior art date
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Application number
EP96107837A
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German (de)
French (fr)
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EP0752479A1 (en
Inventor
Ralph Koppenhöfer
Siegfried Weimer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler Benz AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents

Definitions

  • the invention is based on a method for heat treatment of light metal castings according to the preamble of claim 1, as is common in industrial practice.
  • EP 546 210 A1 be a combined process for pyrolytic destruction the cores, for core sand regeneration and for glowing the castings in a common, uniform treatment step in an oven with subsequent quenching of the castings in one Water bath describes.
  • the resulting Vapor layer again and again through newly entering water renewed, whereas in areas with quasi stagnant water there is a more or less stable vapor barrier between the workpiece surface and can form a water bath, which is quick Prevents heat flow from the workpiece into the water bath.
  • the bath temperature is - usually by adding fresh water - Stabilized at about 30 to 70 ° C.
  • the castings due to a sufficiently long stay in the quenching bath up to about bath temperature, so up to about 30 to 70 ° C quenched to ensure that even at the Adequate deterrence has been achieved in unfavorable places.
  • the castings must therefore be quenched for the subsequent one Outsource again in an energy-intensive manner Aging temperature.
  • the object of the invention is that of the generic type Heat treatment process of light metal castings with regard on the result of the heat treatment and on the operating costs to optimize.
  • FR-OS 2 223 463 deals with the quenching of cylindrical, extruded aluminum billet after about six hours Homogenization annealing in an oven at about 565 ° C.
  • the billets were about 20 to 25 cm in diameter after continuous casting to manageable lengths of about 8 each m length divided.
  • the conveyed across the annealing furnace Sticks emerge from the side of the furnace after glowing and are immediately one after the other in the longitudinal direction placed in a quenching chamber. In it they should still hot glowing billets quickly and, above all, evenly quenched so that the sticks don't warp.
  • One should Cooling to about 148 ° C can be achieved in at least 10 minutes.
  • the billets are placed on a roller conveyor in the quenching chamber concentrically through with prismatic waisted conveyor rollers several circular nozzle rings arranged one behind the other conveyed through at a defined conveying speed.
  • the nozzle rings are tight on the circumference with the inside directed nozzles with which water atomizes and on the stick is aimed. Due to a dense nozzle arrangement the circumference of the billet should be sprayed as evenly as possible can.
  • the sprayed quench water is in the closed Quench chamber caught and in a level-controlled sump collected. Steam generated is at its highest via a chimney place the quench water withdrawn.
  • the heat treatment plant for light metal castings shown in Figure 1, preferably cylinder heads for reciprocating engines, consists of a solution annealing furnace 2, an adjoining one Quenching device 3 and one in the transport direction subsequent aging furnace 4.
  • the light metal castings after solidification and shaping in the Solution annealing furnace entered, for example as a piercing furnace can be trained. There the parts are heated to around 530 ° C and for a certain time, for example four hours long annealed at this temperature.
  • the solution annealing furnace expediently in the form of a combined treatment furnace according to EP 546 cited at the beginning 210 A1 can be formed in which the workpieces not only can be solution annealed, but also in the sand cores pyrolytically destroyed and the core composite completely in free-flowing Sand is dissolved. So the castings don't need to be cooled and gutted beforehand; rather, the residual casting heat be used for heating to the annealing temperature, which not only saves heating time, but also heating energy can be. When using such a process-combining After the glow, the castings come cored and already largely sanded out of the oven.
  • the castings can be brought to room temperature in the open air be cooled. It should be emphasized here that the In principle, parts remain dry during quenching, especially the sand falling off the castings is also dry is. If core sand does not remain in the cavities of the castings, but trickles out of the castings, he collects itself down in the ovens and must be removed from there from time to time become.
  • the quenching device shown in more detail in FIGS. 2 and 3 3 is structured as follows: It is a through Sheets enclosed treatment room 11 created in which one Introduces roller conveyor 12, which carries and supports the castings.
  • the rollers can be driven by a roller drive 22 become.
  • To the castings 1 from a lateral migration of to stop the roller conveyor 12 are on both sides of the roller conveyor Side guide plates 23 attached.
  • On the front and back of the Each treatment room has a lifting door 13 attached through it a lifting drive, no longer shown, automatically and program-controlled can be opened or closed.
  • To be able to clear out time are cleaning covers on the side of the treatment room 21 attached.
  • To clear the sand from the bottom of the Treatment room to remove the remains is easier the bottom provided with a drain pipe 24 through which scraped together Sand can be let out.
  • an air supply fan 14 attached, through which air is sucked in at room temperature and blown into the treatment room at high circulation speed can be.
  • the air in the treatment room is inside Air baffles 15 attached.
  • an upper level of spray nozzles 19 attached to a ring line 16 are connected and supplied with water from there become. This water is very finely dusted through the nozzles and passed into the air flowing past.
  • a lower level of Spray nozzles are placed a short distance above the castings.
  • there are two longitudinal lines 17 and several, connecting the longitudinal lines crosswise like a ladder Cross lines 18 are provided, which in turn cover the entire area distributed spray nozzles 19 wear. They spray it supplied water directly onto the castings 1.
  • This design of the quenching means the castings individually and locally from all sides with finely sprayed Water, i.e. sprayed with a mixture of air and water.
  • the water in the air is almost finer in form Droplets suspended.
  • the droplets appear on the hot Castings the water is evaporated and it becomes the heat of vaporization exploited as latent cooling heat.
  • This kind of Cooling is a careful but still sufficient rapid deterrence achieved.
  • the deterrent is local very evenly and can - as I said - up to certain Temperatures of the workpieces are driven, so that residual heat left over and used for the subsequent outsourcing can be.
  • About 1500 to 5000 m 3 / h, preferably about 4000 m 3 / h of air are conveyed into the treatment room 11 via the air supply 5 and the air supply blower 14 and about 0.25 to 1 liter, preferably 0.5 liters of water per kg of casting material about 12 to 24 bar injected into the supplied air. This enables a cooling rate of around 280 to 320 ° C per minute to be achieved.
  • the method is intended in particular for quenching cylinder heads for reciprocating engines.
  • the air blown into the treatment room must be together with the steam from this treatment room be transported away quickly.
  • a short circuit the air flow from the air supply fan 14 to the Avoiding steam exhaust fans 20 are already between the two mentioned air baffles 15 attached.
  • the capacitor 7 becomes condensation energy via cold air from the cooling air line 10 fed.
  • the air heated in the condenser becomes also blow outside. Due to the recondensation of the Quench water can be about 75 to 95%, preferably about 90% of water can be used again. The rest of the water will carried with the air outside via the air discharge line 9.

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Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Wärmebehandeln von Leichtmetall-Gußstücken nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es in der industriellen Praxis gang und gäbe ist. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise auf die EP 546 210 A1 verwiesen werden, die ein kombiniertes Verfahren zum pyrolytischen Zerstören der Kerne, zur Kernsandregeneration und zum Glühen der Gußstücke in einem gemeinsamen, einheitlichen Behandlungsschritt in einem Ofen mit anschließendem Abschrecken der Gußstücke in einem Wasserbad beschreibt.The invention is based on a method for heat treatment of light metal castings according to the preamble of claim 1, as is common in industrial practice. In this Context, for example, refer to EP 546 210 A1 be a combined process for pyrolytic destruction the cores, for core sand regeneration and for glowing the castings in a common, uniform treatment step in an oven with subsequent quenching of the castings in one Water bath describes.

Üblicherweise werden Leichtmetall-Gußwerkstücke heute nach dem Gießen lösungsgeglüht und anschließend im Wasserbad abgeschreckt, indem die Gußstücke in das Wasserbad eingetaucht werden. Aufgrund laufender Zugabe von Frischwasser als Ausgleich der Verdampfungsverluste wird das Abschreckbad auf etwa 30 bis 70°C gehalten. Wegen des teilweise, insbesondere im Kernbereich an den Gußstücken noch anhaftenden Sandes dringt das Wasser nicht zu allen Oberflächenpartien gleichmäßig vor, so daß der Abschreckeffekt örtlich recht unterschiedlich ausfällt und demgemäß mit entsprechenden Verzügen der Gußteile zu rechnen ist. Eine weitere Ungleichmäßigkeit der Abschreckwirkung kommt auch durch die örtlich recht unterschiedlichen Umströmungsverhältnisse zustande. In gut umströmbaren Bereichen wird die entstehende Dampfschicht immer wieder durch neu zutretendes Wasser erneuert, wogegen in Bereichen mit quasi stagnierendem Wasser sich eine mehr oder weniger stabile Dampfsperre zwischen Werkstückoberfläche und Wasserbad ausbilden kann, die einen zügigen Wärmeabfluß vom Werkstück ins Wasserbad verhindert. Zur Erhöhung der Abschreckwirkung wird für eine Begrenzung der Wassererwärmung gesorgt; die Badtemperatur wird - meist durch Frischwasserzugabe - bei etwa 30 bis 70°C stabilisiert. Außerdem werden die Gußstücke aufgrund einer ausreichend langen Aufenthaltszeit im Abschreckbad bis etwa auf Badtemperatur, also bis etwa 30 bis 70°C abgeschreckt, um sicher zu stellen, daß auch an den ungünstigen Stellen eine ausreichende Abschreckung erzielt wurde. Die Gußstücke müssen also nach dem Abschrecken für das anschließende Auslagern in energie-intensiver Weise wieder auf Auslagerungstemperatur aufgeheizt werden. Beim Abschrecken der Werkstücke im Wasserbad verbleiben im übrigen zum großen Teil zumindest in den Höhlungen der Werkstücke Sandreste zurück; derartige nasse Sandnester müssen nach dem Wasserbad-Abschrecken zunächst gesondert und in aufwendiger und energie-intensiver Weise getrocknet werden, bevor der Sand durch Rütteln und/oder Blasen entfernt werden kann und bevor die Gußstücke in den Auslagerungsofen eingegeben werden können. Soweit beim Abschrecken der Werkstücke im Wasserbad Sand von den Gußstücken herausfällt, sammelt sich dieser gemeinsam mit sonstigen Badverunreinigungen als Schlamm, der aufgrund der Verunreinigungen nicht wiederverwendet werden kann und der außerdem wegen der Nässe so nicht in die Kernsandregeneration eingeschleust werden darf, sondern zuvor getrocknet werden müßte. Es bleibt nur ein kostspieliges Entsorgen des verunreinigten Sandschlammes und ein kostenverursachender Neu-Ersatz des entsorgten Sandes übrig.Today, light metal cast workpieces are usually made after Pour solution annealed and then quenched in a water bath, by immersing the castings in the water bath. Due to the constant addition of fresh water as compensation the evaporation losses will quench the bath to about 30 to Kept at 70 ° C. Because of the partial, especially in the core area the water penetrates the sand still adhering to the castings not evenly to all surface areas, so that the The deterrent effect is quite different locally and accordingly with corresponding warpage of the castings is. Another unevenness in the deterrent comes also due to the locally very different flow conditions conditions. In areas with good flow, the resulting Vapor layer again and again through newly entering water renewed, whereas in areas with quasi stagnant water there is a more or less stable vapor barrier between the workpiece surface and can form a water bath, which is quick Prevents heat flow from the workpiece into the water bath. To increase The deterrent is used to limit water heating worried; the bath temperature is - usually by adding fresh water - Stabilized at about 30 to 70 ° C. Also be the castings due to a sufficiently long stay in the quenching bath up to about bath temperature, so up to about 30 to 70 ° C quenched to ensure that even at the Adequate deterrence has been achieved in unfavorable places. The castings must therefore be quenched for the subsequent one Outsource again in an energy-intensive manner Aging temperature. When quenching the Most of the workpieces remain in the water bath at least in the cavities of the work pieces sand remnants; such Wet sand nests must be quenched after the water bath initially separately and in a more elaborate and energy-intensive way Way to be dried before shaking the sand and / or Bubbles can be removed and before the castings go into the aging oven can be entered. So much for quenching the workpieces in the water bath sand fall out of the castings, this collects together with other bath impurities as sludge that is not reused due to the impurities Can not be in and because of the wetness the core sand regeneration may be introduced, but beforehand should be dried. It only remains an expensive one Disposing of the contaminated sand sludge and a cost-causing New replacement of the disposed sand left.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundegelegte Wärmebehandlungsverfahren der Leichtmetall-Gußstücke im Hinblick auf das Ergebnis der Wärmebehandlung und auf die Betriebskosten zu optimieren.The object of the invention is that of the generic type Heat treatment process of light metal castings with regard on the result of the heat treatment and on the operating costs to optimize.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der Abschreckung mittels eines Luft/Wasser-Gemisches wird einerseits eine ausreichend rasche Abschreckung der Gußstücke, andererseits aber eine sehr gleichmäßige und verzugsarme Abkühlung erzielt. Aufgrund der gut beherrschbaren und gleichmäßig voranschreitenden Abschreckung kann über die Abschreckzeit auch die Abschrecktemperatur bestimmt werden; es braucht nicht unnötig tief abgeschreckt zu werden, vielmehr kann ein beträchtlicher Anteil an Restwärme ausgenützt und somit Energie und Aufheizzeit eingespart werden. Außerdem wird der anhaftende Sand nicht genäßt und kann in rieselfähiger und sauberer Form aufgefangen und nach einer Regeneration wiederverwendet werden, so daß dadurch der Sandverbrauch reduziert werden kann. Auch ein umständliches und kostspieliges Trocknen der Gußstücke vor dem Auslagerungsglühen ist entbehrlich. Da die Verdampfungswärme des Wassers zum Abschrecken ausgenützt und der entstehende Dampf aufgefangen und rekondensiert werden kann, wird nur sehr wenig Wasser verbraucht.This task is based on the generic heat treatment process according to the invention by the characteristic Features of claim 1 solved. Thanks to the deterrent an air / water mixture becomes sufficiently quick Deterring the castings, but on the other hand a very even and low warpage cooling achieved. Because of the good controllable and steadily progressing deterrence can also determine the quenching temperature via the quenching time become; it doesn't need to be frightened unnecessarily Rather, a considerable amount of residual heat can exploited and thus energy and heating time saved. In addition, the adhering sand is not wet and can be pourable and clean form and after a regeneration be reused, thereby reducing sand consumption can be reduced. Also a cumbersome and expensive one It is not necessary to dry the castings before annealing. Because the heat of vaporization of the water is used for quenching and the resulting steam is collected and recondensed very little water is consumed.

Zwar ist es bekannt, Leichtmetall-Gußstücke mittels eines Luft/Wasser-Gemisches zu kühlen oder abzuschrecken. Die japanische Patentanmeldung JP 60-170567 A beispielsweise zeigt ein Verfahren bzw. eine Anordnung zum Abkühlen von frisch gegossenen, teilweise noch in der Gießkokille befindlichen Leichtmetallfelgen, bei dem der Naben- und Radscheibenbereich aus der Gießwärme heraus mit einem Wassernebel, der aus einer gezielt angeordneten Düse zugeführt wird, vorsichtig abgekühlt wird. Nach dem Vorschlag der DE 15 58 798 B2 sollen Leichtmetall-Werkstücke aus einer Temperatur oberhalb von 371°C mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 83°C/s dadurch abgekühlt werden, daß die Werkstücke mit feinen Wasserstrahlen bei einem Druck von 10 bis 42 bar und hoher Geschwindigkeit bedüst werden. Der Effekt dieser Bedüsungsart soll darin bestehen, daß der Wasserstrahl in viele kleinste Tröpfchen aufgelöst wird, die die Dampfgrenzschicht durchschlagen und eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit als bei einer Tauchkühlung erbringen sollen.Although it is known, light metal castings using an air / water mixture to cool or deter. The Japanese Patent application JP 60-170567 A, for example, shows a method or an arrangement for cooling freshly poured, light alloy rims still partially in the casting mold, where the hub and wheel disc area from the casting heat out with a water mist that is deliberately arranged Nozzle is fed, is carefully cooled. According to the suggestion DE 15 58 798 B2 are made of light metal workpieces a temperature above 371 ° C with a cooling rate of more than 83 ° C / s are cooled by the fact that the workpieces with fine water jets at a pressure of 10 up to 42 bar and high speed. The effect this type of spraying should consist in that the water jet in Many tiny droplets are dissolved, which is the vapor boundary layer penetrate and a higher cooling rate than with immersion cooling.

Die FR-OS 2 223 463 behandelt das Abschrecken von zylindrischen, stranggegossenen Knüppel aus Aluminium nach einem etwa sechsstündigen Homogenisierungsglühen in einem Ofen bei etwa 565 °C. Die Knüppel mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 25 cm wurden nach dem Stranggießen auf handhabbare Längen von jeweils etwa 8 m Länge unterteilt. Die quer durch den Glühofen hindurch geförderten Knüppel treten nach dem Glühen seitlich aus dem Ofen aus und werden im unmittelbaren Anschluß in Längsrichtung hintereinander in eine Abschreckkammer eingebracht. Darin sollen die noch glühwarmen Knüppel rasch und vor allem gleichmäßig abgeschreckt werden, damit die Knüppel sich nicht verziehen. Dabei soll eine Abkühlung auf etwa 148 °C in wenigstens 10 Minuten erreicht werden. In der Abschreckkammer werden die Knüppel auf einer Rollenbahn mit prismatisch taillierten Förderrollen konzentrisch durch mehrere im Abstand hintereinander angeordnete, kreisförmige Düsenringe bei definierter Fördergeschwindigkeit hindurchgefördert. Die Düsenringen sind jeweils am Umfang eng mit nach innen gerichteten Düsen besetzt, mit denen Wasser zerstäubt und auf die Knüppel gerichtet wird. Aufgrund einer dichten Düsenanordnung soll der Knüppelumfang möglichst gleichmäßig bedüst werden können. Das versprühte Abschreckwasser wird in der geschlossenen Abschreckkammer aufgefangen und in einem niveauregulierten Sumpf gesammelt. Gebildeter Dampf wird über einen Kamin an der höchsten stelle der Abschreckwasser abgezogen.FR-OS 2 223 463 deals with the quenching of cylindrical, extruded aluminum billet after about six hours Homogenization annealing in an oven at about 565 ° C. The billets were about 20 to 25 cm in diameter after continuous casting to manageable lengths of about 8 each m length divided. The conveyed across the annealing furnace Sticks emerge from the side of the furnace after glowing and are immediately one after the other in the longitudinal direction placed in a quenching chamber. In it they should still hot glowing billets quickly and, above all, evenly quenched so that the sticks don't warp. One should Cooling to about 148 ° C can be achieved in at least 10 minutes. The billets are placed on a roller conveyor in the quenching chamber concentrically through with prismatic waisted conveyor rollers several circular nozzle rings arranged one behind the other conveyed through at a defined conveying speed. The nozzle rings are tight on the circumference with the inside directed nozzles with which water atomizes and on the stick is aimed. Due to a dense nozzle arrangement the circumference of the billet should be sprayed as evenly as possible can. The sprayed quench water is in the closed Quench chamber caught and in a level-controlled sump collected. Steam generated is at its highest via a chimney place the quench water withdrawn.

Trotz dieses Standes der Technik ist der Einsatz eines Luft/ Wasser-Gemisches im Zusammenhang mit der Wärmebehandlung von Leichtmetall-Gußstücken insbesondere zur kosten- und funktionsmäßigen Optimierung des Wärmebehandlungsverfahrens neu und in der Anhäufung von Vorteilen für den Fachman überraschend. Despite this state of the art, the use of an air / Water mixture in connection with the heat treatment of Light metal castings in particular for cost and functional Optimization of the heat treatment process new and in the accumulation of advantages for the specialist surprising.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens liegen in Folgendem:

  • Figure 00050001
    Die Gußwerkstücke können nach einem Lösungsglühen vorsichtiger und vor allem gleichmäßiger im Vergleich zum Abschrecken im Wasserbad abgeschreckt werden, wodurch einerseits eine gute Werkstückhärte, aber andererseits eine Reduzierung der abschreckbedingten Verzüge des Gußstückes erzielt wird.
  • Dank der sicheren Beherrschbarkeit der Abschreckung kann gezielt auf eine bestimmte Temperatur, nämlich etwas unterhalb der Auslagerungstemperatur abgeschreckt werden, wodurch eine erhebliche Menge an Aufheizenergie zum anschließenden Auslagerungsglühen und somit Energiekosten und auch Aufheizzeit eingespart werden können. Letzteres wirkt sich günstig auf die Produktivität der Anlage aus.
  • Da die Gußstücke beim Abschrecken trocken bleiben, können sie einfacher und sicherer entsandet werden, weil der an den Werkstücken anhaftende, trocken bleibende und während des Abschreckens abfallende Sand sich sicherer und vollständiger vom Werkstück löst. Außerdem kann der Sand anschließend leicht aus den Werkstücken trocken herausgerüttelt und/oder geblasen werden.
  • Aufgrund dessen, daß die Gußstücke beim Abschrecken trocken bleiben, ist ein gesondertes und energie-intensives Trocknen der Gußstücke ebenso entbehrlich wie ein gesonderter, gut durchlüfteter Trocknungsofen. Dies entlastet nicht nur die Betriebs- sondern auch die Investitionskosten.
  • Es entstehen im Vergleich zum Stand der Technik geringere Sandverluste und geringere Entsorgungskosten von Altsand, weil der während des Abschreckens von den Werkstücken ab- bzw. herausfallende Sand - weil er trocken bleibt - ohne weiteres in die Kernsandregeneration zurückgeführt werden kann. Dadurch wird nicht nur Neusand gespart, sonder auch eine entsprechende Menge Abfall mit den zugehörigen Entsorgungskosten vermieden.
  • Auch der Wasserverbrauch für das Abschrecken ist sehr gering, weil der Entstehende Dampf rekondensiert und das Kondensat wiederverwendet werden kann. Auch darin liegt eine Kostenersparnis.
    • Zusammenfassen kann also gesagt werden, daß durch das erfindungsgemäße Abschrecken der Leichtmetallgußstücke in dem Gesamtprozeß der Gußteilherstellung nicht nur ein besseres Produkt erzielt, sondern auch erheblich weniger Energie, weniger Kernsand, weniger Wasser und weniger Zeit verbraucht sowie weniger Abfall erzeugt wird.The advantages of the heat treatment method according to the invention are as follows:
  • Figure 00050001
    After solution annealing, the cast workpieces can be quenched more carefully and, above all, more evenly than quenching in a water bath, which on the one hand achieves good workpiece hardness, but on the other hand reduces the distortion of the casting caused by quenching.
  • Thanks to the safe controllability of the quenching, quenching can be carried out specifically to a certain temperature, namely somewhat below the aging temperature, whereby a considerable amount of heating energy for the subsequent aging annealing and thus energy costs and also heating time can be saved. The latter has a favorable effect on the productivity of the system.
  • Since the castings remain dry during quenching, they can be sanded more easily and safely because the sand adhering to the workpieces, which remains dry and falls off during quenching, detaches from the workpiece more reliably and completely. In addition, the sand can then be easily shaken dry and / or blown out of the workpieces.
  • Due to the fact that the castings remain dry during quenching, a separate and energy-intensive drying of the castings is just as unnecessary as a separate, well-ventilated drying oven. This not only relieves the operating but also the investment costs.
  • Compared to the prior art, there is less sand loss and lower disposal costs for used sand, because the sand falling off or falling out of the workpieces during quenching - because it remains dry - can easily be returned to the core sand regeneration. This not only saves new sand, but also a corresponding amount of waste and the associated disposal costs are avoided.
  • The water consumption for quenching is also very low because the steam produced recondenses and the condensate can be reused. This is also a cost saving.
    • In summary, it can be said that the quenching of the light metal castings according to the invention not only achieves a better product in the overall process of casting production, but also consumes considerably less energy, less core sand, less water and less time and less waste is generated.

    Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen

    Fig. 1
    schematisch und in Seitenansicht eine Anlage zur Wärmebehandlung von Leichtmetall-Gußstücken sowie
    Fig. 2 und 3
    in vergrößerter Darstellung einen in Vorschubrichtung (Figur 2) und einen quer zur Vorschubrichtung (Figur 3) genommenen Vertikalschnitt durch die Einrichtung zum Abschrecken der Gußstücke.
    Expedient embodiments of the invention can be found in the subclaims; otherwise the invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing; show
    Fig. 1
    schematically and in side view a plant for the heat treatment of light metal castings and
    2 and 3
    in an enlarged view, a vertical section taken in the feed direction (FIG. 2) and a cross section to the feed direction (FIG. 3) through the device for quenching the castings.

    Die in Figur 1 dargestellte Wärmebehandlungsanlage für Leichtmetall-Gußstücke, vorzugsweise Zylinderköpfe für Hubkolbenmotoren, besteht aus einem Lösungsglühofen 2, einer daran anschließenden Abschreckeinrichtung 3 sowie einem sich daran in Transportrichtung anschließenden Auslagerungsofen 4. Die Leichtmetall-Gußstücke werden nach dem Erstarren und Ausformen in den Lösungsglühofen eingegeben, der beispielsweise als Durchstoßofen ausgebildet sein kann. Dort werden die Teile auf etwa 530°C erwärmt und eine gewisse Zeit lang, beispielsweise vier Stunden lang bei dieser Temperatur geglüht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß der Lösungsglühofen zweckmäßigerweise in Form eines kombinierten Behandlungsofen nach der Eingangs zitierten EP 546 210 A1 ausgebildet sein kann, in dem die Werkstücke nicht nur lösungsgeglüht werden können, sondern in dem die Sandkerne auch pyrolytisch zerstört und der Kernverbund vollständig in rieselfähigen Sand aufgelöst wird. Die Gußstücke brauchen also nicht zuvor abgekühlt und entkernt zu werden; vielmehr kann die Restgießwärme für ein Anwärmen auf Glühtemperatur ausgenutzt werden, wodurch nicht nur Anwärmzeit, sondern auch Heizenergie gespart werden kann. Bei Einsatz eines solchen verfahrens-kombinierenden Ofens kommen die Gußstücke nach dem Glühen entkernt und bereits weitgehend entsandet aus dem Ofen heraus. Nach dem Glühen müssen die Teile abgeschreckt werden, wofür die Abschreckeinrichtung 3 vorgesehen ist, die in den Figuren 2 und 3 vergrößert dargestellt ist und auf die weiter unten näher eingegangen wird. An dieser Stelle sei vorab lediglich erwähnt, daß zum Abschrecken der Gußstücke 1 diese einzeln mittels eines nebelfeinen Gemisches aus Luft und Wasser beaufschlagt werden, wobei eine vorsichtige Abschreckung zustande kommt, die je nach Zeitdauer bis zu einer bestimmten Temperatur getrieben werden kann. Man hat es dadurch in der Hand, die Gußstücke lediglich auf etwa 130 bis 160°C abzuschrecken. Dadurch kann die Restwärme der Gußstücke ausgenutzt werden, so daß die Teile in noch warmem Zustand anschließend in den Auslagerungsofen 4 eingegeben werden können. Hier werden die Teile bei etwa 170 bis 210°C eine gewisse Zeit lang, beispielsweise ebenfall etwa vier Stunden ausgelagert. Im Anschluß daran können die Gußstücke an freier Luft auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Es sei hier hervorgehoben, daß die Teile beim Abschrecken im Prinzip trocken bleiben und das insbesondere der von den Gußstücken abfallende Sand ebenfalls trocken ist. Soweit Kernsand nicht in den Kavitäten der Gußstücke verbleibt, sondern aus den Gußstücken herausrieselt, sammelt er sich unten in den Öfen und muß dort von Zeit zu Zeit entfernt werden.The heat treatment plant for light metal castings shown in Figure 1, preferably cylinder heads for reciprocating engines, consists of a solution annealing furnace 2, an adjoining one Quenching device 3 and one in the transport direction subsequent aging furnace 4. The light metal castings after solidification and shaping in the Solution annealing furnace entered, for example as a piercing furnace can be trained. There the parts are heated to around 530 ° C and for a certain time, for example four hours long annealed at this temperature. It should be mentioned at this point that the solution annealing furnace expediently in the form of a combined treatment furnace according to EP 546 cited at the beginning 210 A1 can be formed in which the workpieces not only can be solution annealed, but also in the sand cores pyrolytically destroyed and the core composite completely in free-flowing Sand is dissolved. So the castings don't need to be cooled and gutted beforehand; rather, the residual casting heat be used for heating to the annealing temperature, which not only saves heating time, but also heating energy can be. When using such a process-combining After the glow, the castings come cored and already largely sanded out of the oven. After the glow the parts are quenched, for which the quenching device 3 is provided, which is shown enlarged in Figures 2 and 3 is and which will be discussed in more detail below. On At this point it should only be mentioned in advance that it is intended to deter the castings 1 these individually by means of a mist-fine mixture from air and water, being careful Deterrence occurs which, depending on the length of time can be driven to a certain temperature. You have it thereby in hand, the castings only to about 130 to Quenching 160 ° C. This allows the residual heat of the castings be used so that the parts are still warm afterwards can be entered in the aging furnace 4. Here the parts will stay at around 170 to 210 ° C for a certain time long, for example also outsourced for about four hours. in the Following this, the castings can be brought to room temperature in the open air be cooled. It should be emphasized here that the In principle, parts remain dry during quenching, especially the sand falling off the castings is also dry is. If core sand does not remain in the cavities of the castings, but trickles out of the castings, he collects itself down in the ovens and must be removed from there from time to time become.

    Die eingehender in den Figuren 2 und 3 dargestellte Abschreckeinrichtung 3 ist folgendermaßen aufgebaut: Es ist ein durch Bleche umschlossener Behandlungsraum 11 geschaffen, in dem eine Rollenbahn 12 hineinführt, welche die Gußstücke trägt und fördert. Die Rollen können durch einen Rollenantrieb 22 angetrieben werden. Um die Gußstücke 1 von einem seitlichen Abwandern von der Rollenbahn 12 abzuhalten, sind beiderseits von der Rollenbahn Seitenführungsbleche 23 angebracht. Vorne und hinten an dem Behandlungsraum ist jeweils eine Hubtür 13 angebracht, die durch einen nicht mehr dargestellten Hubantrieb selbsttätig und programmgesteuert geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Um Sand, der von den Gußstücken 1 zwischen den Rollen der Rollenbahn 12 auf den Boden des Behandlungsraumes 11 herabfällt, von Zeit zu Zeit ausräumen zu können, sind seitlich am Behandlungsraum Putzdeckel 21 angebracht. Um beim Ausräumen des Sandes vom Boden des Behandlungsraumes die Reste leichter entfernen zu können, ist der Boden mit einer Ablaufleitung 24 versehen, durch die zusammengekratzter Sand herausgelassen werden kann.The quenching device shown in more detail in FIGS. 2 and 3 3 is structured as follows: It is a through Sheets enclosed treatment room 11 created in which one Introduces roller conveyor 12, which carries and supports the castings. The rollers can be driven by a roller drive 22 become. To the castings 1 from a lateral migration of to stop the roller conveyor 12 are on both sides of the roller conveyor Side guide plates 23 attached. On the front and back of the Each treatment room has a lifting door 13 attached through it a lifting drive, no longer shown, automatically and program-controlled can be opened or closed. Around sand, that of the castings 1 between the rollers of the roller conveyor 12 falls to the floor of the treatment room 11 from time to time To be able to clear out time are cleaning covers on the side of the treatment room 21 attached. To clear the sand from the bottom of the Treatment room to remove the remains is easier the bottom provided with a drain pipe 24 through which scraped together Sand can be let out.

    Oberseitig an den Behandlungsraum 11 ist ein Luftzufuhrgebläse 14 angebracht, über welches Luft mit Raumtemperatur angesaugt und in den Behandlungsraum bei hoher Umwälzgeschwindigkeit eingeblasen werden kann. Zur Luftführung sind im Inneren den Behandlungsraumes Luftleitbleche 15 angebracht. Unmittelbar hinter dem Luftzufuhrgebläse ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine obere Ebene von Sprühdüsen 19 angebracht, die an eine Ringleitung 16 angeschlossen sind und von dort mit Wasser versorgt werden. Dieses Wasser wird über die Düsen sehr fein verstäubt und in die vorbeiströmende Luft übergeben. Eine untere Ebene von Sprühdüsen ist in geringem Abstand oberhalb der Gußstücke angebracht. Hierzu sind seitlich zwei Längsleitungen 17 und mehrere, die Längsleitungen leiterartig quer miteinander verbindende Querleitungen 18 vorgesehen, die ihrerseits die flächendeckend verteilt angeordneten Sprühdüsen 19 tragen. Diese sprühen das zugeführte Wasser unmittelbar auf die Gußstücke 1 auf.At the top of the treatment room 11 is an air supply fan 14 attached, through which air is sucked in at room temperature and blown into the treatment room at high circulation speed can be. The air in the treatment room is inside Air baffles 15 attached. Immediately behind the air supply fan is in the illustrated embodiment an upper level of spray nozzles 19 attached to a ring line 16 are connected and supplied with water from there become. This water is very finely dusted through the nozzles and passed into the air flowing past. A lower level of Spray nozzles are placed a short distance above the castings. To this end, there are two longitudinal lines 17 and several, connecting the longitudinal lines crosswise like a ladder Cross lines 18 are provided, which in turn cover the entire area distributed spray nozzles 19 wear. They spray it supplied water directly onto the castings 1.

    Durch diese Ausbildung der Abschreckeinrichtung werden die Gußstücke einzeln und von allen Seiten örtlich gezielt mit feinversprühtem Wasser, also mit einem Gemisch aus Luft und Wasser bedüst. Das Wasser ist in der Luft in Form nahezu nebelfeiner Tröpfchen suspendiert. Beim Auftreten der Tröpfchen auf die heißen Gußstücke wird das Wasser verdampft und es wird die Verdampfungswärme als latente Kühlwärme ausgenutzt. Mit dieser Art der Kühlung wird eine zwar vorsichtige aber immer noch ausreichend rasche Abschreckung erreicht. Die Abschreckwirkung ist örtlich sehr gleichmäßig und kann - wie gesagt - bis zu ganz bestimmten Temperaturen der Werkstücke getrieben werden, so daß eine Restwärme übrig gelassen und für das anschließende Auslagern ausgenutzt werden kann.This design of the quenching means the castings individually and locally from all sides with finely sprayed Water, i.e. sprayed with a mixture of air and water. The water in the air is almost finer in form Droplets suspended. When the droplets appear on the hot Castings the water is evaporated and it becomes the heat of vaporization exploited as latent cooling heat. With this kind of Cooling is a careful but still sufficient rapid deterrence achieved. The deterrent is local very evenly and can - as I said - up to certain Temperatures of the workpieces are driven, so that residual heat left over and used for the subsequent outsourcing can be.

    Über die Luftzufuhr 5 und das Luftzufuhrgebläse 14 werden etwa 1500 bis 5000 m3/h, vorzugsweise etwa 4000 m3/h Luft in den Behandlungsraum 11 hineingefördert und etwa 0,25 bis 1 Liter, vorzugsweise 0,5 Liter Wasser je kg Gußwerkstoff bei etwa 12 bis 24 bar in die zugeführte Luft eingedüst. Dadurch kann eine Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 280 bis 320°C je Minute erreicht werden. Das Verfahren ist insbesondere zur Abschreckung von Zylinderköpfen für Hubkolbenmotoren vorgesehen.About 1500 to 5000 m 3 / h, preferably about 4000 m 3 / h of air are conveyed into the treatment room 11 via the air supply 5 and the air supply blower 14 and about 0.25 to 1 liter, preferably 0.5 liters of water per kg of casting material about 12 to 24 bar injected into the supplied air. This enables a cooling rate of around 280 to 320 ° C per minute to be achieved. The method is intended in particular for quenching cylinder heads for reciprocating engines.

    Die in den Behandlungsraum eingeblasene Luft muß gemeinsam mit dem entstehenden Dampf aus diesen Behandlungsraum auch wieder zügig abtransportiert werden. Zu diesem Zweck sind mehrere Dampfabzugleitungen 6 mit Dampfabzuggebläsen 20 seitlich und im Dachbereich des Behandlungsraumes angebracht. Um einen Kurzschluß der Luftströmung von dem Luftzufuhrgebläse 14 zu den Dampfabzuggebläsen 20 zu vermeiden, sind zwischen beiden die bereits erwähnten Luftleitbleche 15 angebracht. Um das eingesetzte Wasser zumindest teilweise wieder verwenden zu können, wird der entstehende und von den Gußstücken 1 fortgetragene Wasserdampf in einen Kondensator 7 geleitet und das dort kondensierte und das gesammelte Kondenswasser zur Befeuchtung des Luft/Wasser-Gemisches mittels der Kondensatpumpe 8 zurückgeleitet. Dem Kondensator 7 wird Kondensationsenergie über kalte Luft aus der Kühlluftleitung 10 zugeführt. Die im Kondensator erwärmte Luft wird ebenfalls ins Freie verblasen. Aufgrund der Rekondensation des Abschreckwassers können etwa 75 bis 95 %, vorzugsweise etwa 90 % des Wasser erneut verwendet werden. Das restliche Wasser wird mit der Luft ins Freie über die Luftabfuhrleitung 9 hinausgetragen.The air blown into the treatment room must be together with the steam from this treatment room be transported away quickly. For this purpose there are several steam exhaust lines 6 with steam exhaust fans 20 on the side and in Attached roof area of the treatment room. A short circuit the air flow from the air supply fan 14 to the Avoiding steam exhaust fans 20 are already between the two mentioned air baffles 15 attached. About what is used Being able to reuse water, at least in part, will arising and carried away by the castings 1 water vapor passed into a condenser 7 and condensed there and the condensed water collected to humidify the air / water mixture returned by means of the condensate pump 8. The capacitor 7 becomes condensation energy via cold air from the cooling air line 10 fed. The air heated in the condenser becomes also blow outside. Due to the recondensation of the Quench water can be about 75 to 95%, preferably about 90% of water can be used again. The rest of the water will carried with the air outside via the air discharge line 9.

    Claims (8)

    1. A process for the heat treatment of light alloy castings in which, following solidification and pattern drawing but still with the cores, the castings are heated to approximately 530°C in a furnace for solution treatment using the residual casting heat and treated for a given time and in which, following solution treatment, the castings are aged in an ageing furnace for a given period at approximately 170 to 210°C and then cooled to room temperature,
      characterised i n that
      the castings (1) to be quenched are quenched individually using a mixture of air and water to no more than approximately 130 to 160°C with
      the air/water mixture being atomised to a mist and distributed all around the casting by forced convection and/or
      the air/water mixture being sprayed in a mist all around the casting (1) and
      that the castings (1) are placed in the ageing furnace (4) at quenching temperature using the residual heat.
    2. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      the quenching using the air/water mixture in which the water is suspended in the air in the form of a mist of droplets takes place in a treatment chamber (11) which, although closed, is well ventilated by means of forced convection and uses the vaporisation heat from the water as latent cooling heat in such a way that the water vapour formed is constantly removed and the castings remain dry.
    3. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      the water vapour produced and carried away by the castings (1) is collected in a condensation chamber (7) where it is condensed and the condensed water is returned to humidify the air/water mixture.
    4. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      the castings quenched are cylinder heads for reciprocating engines.
    5. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      the process uses a forced convection air stream to carry away the water vapour at a rate of some 1500 to 5000 m3/h, preferably approximately 4000 m3/h.
    6. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      the castings (1) are quenched from approximately 520°C to approximately 180°C in approximately 1 minute.
    7. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      approximately 0.25 to 1, and preferably approximately 0.5, litres of water per kg of casting material are used as an air-suspended water mist to quench the castings (1).
    8. A process in accordance with Claim 1,
      characterised in that
      approximately 75 to 95 %, and preferably approximately 90 %, of the water vaporised by the quenching is re-condensed and re-atomised.
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