EP1236810A1 - Process and apparatus for the partial thermochemical treatment of metallic workpieces - Google Patents
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- EP1236810A1 EP1236810A1 EP02004013A EP02004013A EP1236810A1 EP 1236810 A1 EP1236810 A1 EP 1236810A1 EP 02004013 A EP02004013 A EP 02004013A EP 02004013 A EP02004013 A EP 02004013A EP 1236810 A1 EP1236810 A1 EP 1236810A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/04—Treatment of selected surface areas, e.g. using masks
Definitions
- the invention relates to a method for partial thermochemical Vacuum treatment of metallic workpieces according to the upper frame of claim 1 and a device therefor according to the preamble of claim 22.
- thermochemical treatment of workpieces made of metals in one Gas atmosphere from decomposable carbon and / or nitrogen compounds, possibly in a mixture with other gases, e.g. Inert gases and / or Hydrogen is known.
- DE 41 15 135 C1 describes a method for treating hollow bodies such as injection nozzles or of components with similarly difficult to access holes. In doing so the workpieces as bulk goods in the batch room without special arrangement or alignment placed. The result is a difficult to control Depth of penetration with a preference for the outer surfaces of the workpieces. If the outer surfaces are to be subsequently machined, so this is made difficult or impossible, because hardening after the Processing is ruled out due to the delay in hardness.
- EP 0 818 555 A1 also deals with the carburizing of hollow bodies with blind holes, but the carburizing is preferred the outer surface of the hollow body takes place.
- EP 0 695 813 A2 discloses the use of a carburizing agent Plasmas with a pulsating voltage between 200 and 2000 volts. Also however, the entire outer surface of the workpieces is always used carburized.
- thermochemical surface treatment that the End of the workpiece with a cap that the said partial length against the influence of thermochemical surface treatment shields.
- the largest part of the outer surface is the thermochemical Exposed to treatment.
- thermochemical Exposed to treatment is also the case “Masking" the ends of individual workpieces. Injection parts for engines are not disclosed.
- the invention is therefore based on the object of a method of the beginning Specify the type described with which several workpieces or batches of many workpieces partially, i.e. only at precisely specified inner surface areas, especially in defined cavities of workpieces, precisely specified and of workpiece too Workpiece at least largely identical and over many treatment cycles reproducible process parameters are exposed. So it's not just about making the workpieces of a batch even to be partially treated, but also the work piece or work pieces below Batches.
- thermochemically can be treated. This happens with precisely specified and at least largely identical from workpiece to workpiece and Process parameters that can be reproduced over many treatment cycles. It is especially about not only the workpieces of a batch evenly and partially treated, but also the workpieces subsequent batches, e.g. in continuous or quasi-continuous Processes.
- the essence of the invention is the outer surfaces of the workpieces not to be treated thermochemically, e.g. carburizing, nevertheless the thermochemical treatment of the inner surfaces, in whole or in part.
- the invention is an inversion of the classic Procedure: It is no longer the largest part of the workpiece surface exposed to thermochemical gas treatment, with smaller ones Parts of the surface (s) covered against gas treatment or are isolated, but it is by the molded body according to the invention the entire outer workpiece surface, with one exception only of the inner surface areas to be treated, against the influence of gas protected. It is also not absolutely necessary that the Shaped body according to the invention the workpieces in complementary Shape without gaps and joints, but it is sufficient, e.g.
- thermochemical gas treatment can not only a vacuum gas treatment used without plasma excitation at pressures up to 30,000 Pa be in which the molded body and possibly also the intermediate Sleeves also made from an electrically non-conductive material Ceramics can exist. Rather, it is in particular also possible Apply the method of plasma treatment, wherein the shaped body for this case preferably from an electrically conductive material, preferably made of graphite, so that the molded body as an electrode (Cathode) for plasma excitation. More details and advantages result from the detailed description.
- thermochemical plasma treatment An embodiment of the subject of the invention and its mode of operation are subsequently based on Figures 1 to 6 in connection explained in more detail with a thermochemical plasma treatment.
- FIG. 1 shows a sleeve-shaped workpiece 1 with an axis A-A, which has a cavity 2 in the form of a stepped bore from which the strongly rimmed inner cylindrical surface areas 3, 4 and 5 and the surface area 6, an annular end face, carburized should be, but not the other surface areas.
- the highlighted surface areas 3, 4, 5 and 6 are in treatment exposed to a plasma in a carbon-containing atmosphere.
- the workpiece 1 has a tubular extension 1a, the outside of which 1b must be protected against plasma bombardment. This happens through a sleeve 7 with a collar 7a, which the extension 1a with encloses the smallest possible play to prevent penetration of the plasma prevent.
- the sleeve 7 can be made of a metallic material, but also consist of a non-metal that does not react with the workpiece 1 received.
- the cavity 2 this point has a larger diameter
- another sleeve 8 is with a collar 8a used, which has an annular gap with respect to the workpiece 9 leaves blank to compensate for tolerances and / or thermal expansion. It is important that no plasma can penetrate into a parting line 10.
- the sleeve 8 can also be made of a metallic material, but also consist of a non-metal that does not react with the workpiece 1 received.
- the workpiece 1 and the sleeves 7 and 8 form to a certain extent a rotationally symmetrical stack that described below Function. However, the rotational symmetry is not mandatory.
- the stack described above is in a two-part molded body 11 used, which consists of a lower part 12 and an upper part 13, whose frames 12a and 13a are plasma-tight on a Z-shaped parting line 14 and reach over telescopically.
- the lower part 12 has an opening 12b, in which the sleeve 7 - again plasma-tight - is inserted, and that Upper part 13 has an opening 13b, the edge of which the collar 8a of the sleeve 8 - again plasma-tight - overlaps.
- the axes of the openings 12a and 13a are aligned. This supports the upper part 13, a kind Cover, on the stack from the workpiece 1 and the sleeves 7 and 8.
- the clearly shown vertical play at the parting line 14 serves to tolerances and / or to compensate for thermal expansion.
- the mold cavity 15 enclosing it cannot become plasma form.
- the mold cavity 15 can tightly enclose each workpiece, however, it can also form free spaces around the workpiece, if only ensured is that between the openings 12a and 13a and the workpiece and / or the sleeves 7 and 8 no plasma can penetrate. Free rooms favor the insertion of workpieces with different Geometries.
- the molded body 11 is preferably made of graphite or CFC, which the required properties with regard to service life, reusability, Temperature resistance, thermal expansion coefficient and has electrical conductivity.
- the sleeves 7 and 8 are not mandatory required, but can be advantageous if the molded body 11 consists of graphite, which carburizes at unwanted points in the Workpiece could favor.
- the interchangeable Sleeves 7 and / or 8 as an adapter for inserting workpieces with serve different geometries.
- FIG. 2 now shows a top view of one end of such a shaped body 11 on a reduced scale, namely on the upper part 13 with a plurality of such openings 13b, but without workpieces, the Use in use corresponds to the number of openings 13b. That too here the mold cavity 15 can around each workpiece closed, but it can also around some or all workpieces be continuous around. Should such a molded body 11 only partially Workpieces are filled, it is sufficient to leave the otherwise free Close openings 12a and 13a by blind plugs.
- Figures 3 and 4 show side views of a transport frame 16 with a batch 17 consisting of twelve moldings 11 in three floors.
- the Transport frame 16 consists of a rectangular frame structure, whose individual frame elements coincide with the edges of the cuboid. A multitude of extends through the frame structure horizontal traverses 18 on which the shaped bodies 11 rest.
- FIG. 5 shows a longitudinal section through a continuous system 19 Treatment of batches 17 according to Figures 3 and 4 in a highly schematic Presentation.
- the continuous system 19 has a row arrangement - counted in the working direction - a total of five chambers 20, 21, 22, 23 and 24, which are separated by inner lock valves 25, 26, 27 and 28 are separated or separable.
- the last chamber 24 is used Quenching chamber, at the same time as a discharge chamber.
- the chamber 20 is a lock-in chamber and has a parking space for one Charge 17.
- Chamber 21 is a heating chamber and has spaces for three batches 17 and three circulation fans 31.
- the chamber 22 is one Carburizing chamber and has a space for a batch 17.
- the Chamber 23 is a diffusion chamber and has spaces for two batches 17.
- Chamber 24 is a cold high pressure quenching chamber and has a parking space for a batch 17, a circulation fan 32 and one Gas cooler 33.
- the number of batches 17 in chambers 21, 22, 23 and 24 and the resulting corrugation times and chamber lengths are open a specific cycle time of 30 minutes, for example.
- the heating process in chamber 21 is thus 90 minutes, and during this time, the batches move up every 30 minutes every 17 minutes.
- the carburizing process in chamber 22 is thus a maximum of 30 minutes, can however within this time and after reaching the given Carburizing depth by interrupting the power supply for the Plasma generation can be stopped.
- the diffusion process in the Chamber 23 is therefore 60 minutes, and during this time the Batches every 17 minutes every 30 minutes.
- the quenching process in the Chamber 24 is therefore a maximum of 30 minutes, but experience has shown briefly ended.
- the batches 17 are transported by a well-known walking beam system, but not for the sake of simplicity is shown.
- the workpieces 1 remain in the Shaped bodies, so they do not have to be "unpacked” and reloaded. It has surprisingly been found that the encapsulation in the moldings also no negative influence on processes other than carburizing, especially on high pressure gas quenching. Much more the workpieces can be used even after complete quenching and for further after-treatments remain in the shaped bodies, for example in another plant for deep-freezing by gaseous Nitrogen of up to -150 ° C for the residual transformation of austenite and subsequent tempering.
- FIG. 6 shows a detail from FIG. 5 on an enlarged scale and with additional details.
- the carburizing chamber 22 is shown an array of heating rods 34 on either side of the transport path are arranged, and a stand 35, which rests on insulators 36.
- the gas supply lines too for the different possible hydrocarbons like methane, Ethane, propane and acetylene and possibly inert gases such as nitrogen and argon and possibly a reducing gas such as hydrogen and mixtures of these gases are shown as little as the suction port of one Vacuum pump set.
- Batches 17 were individually charged via chamber 20 and first in chamber 21 within 90 minutes using the heating elements 34 heated to a temperature of 960 ° C. After that the last of the batches 17 for carburizing at 960 ° C in the chamber 22 transported, and the power supply of this batch was 17 switched on for 20 minutes. The pulsating or clocked Voltage was - 700 volts.
- the workpieces 1 After the subsequent freezing with gaseous nitrogen from to to - 150 ° C and the usual tempering was applied to the carburized areas the workpieces 1 measured a hardness HV of over 700, and on a micrograph showed a very uniform hardening depth of 0.7 to 0.8 mm determined. The distortion of the workpieces was within the specified Tolerances, and the workpieces 1 were absolutely free of cracks. The moldings 11 could be used as often as required without being distorted.
- defined cavities 2 within a workpiece 1 are those that occur during the thermochemical Treatment in at least one place from the outside for the Furnace atmosphere are accessible, for example by at least one the openings 12b and / or 13b assigned to each workpiece.
- the surface area 6 to be treated a circular ring-shaped end face, is assigned to the inner surface areas 3, 4 and 5, because this surface area 6 with the surface area 5, one Bore wall of the workpiece 11, is connected.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen thermochemischen
Vakuumbehandlung von metallischen Werkstücken nach dem Obergeriff
des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung hierfür nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 22.The invention relates to a method for partial thermochemical
Vacuum treatment of metallic workpieces according to the upper frame
of
Das thermochemische Behandeln von Werkstücken aus Metallen in einer Gasatmosphäre aus zersetzbaren Kohlenstoff- und/oder Stickstoffverbindungen, ggf. im Gemisch mit anderen Gasen, z.B. Inertgasen und/oder Wasserstoff, ist bekannt. So beschreibt die DE 41 15 135 C1 ein Verfahren zum Behandeln unter anderem von Hohlkörpern wie Einspritzdüsen oder von Bauteilen mit ähnlich schwer zugänglichen Bohrungen. Dabei werden die Werkstücke als Schüttgut im Chargenraum ohne besondere Anordnung oder Ausrichtung platziert. Die Folge ist eine schwer kontrollierbare Einringtiefe mit einer Bevorzugung der Außenflächen der Werkstücke. Sollen die Außenflächen nachträglich spanabhebend bearbeitet werden, so wird dies erschwert oder unmöglich gemacht, denn eine Härtung nach der Bearbeitung scheidet wegen des Härteverzugs aus. The thermochemical treatment of workpieces made of metals in one Gas atmosphere from decomposable carbon and / or nitrogen compounds, possibly in a mixture with other gases, e.g. Inert gases and / or Hydrogen is known. DE 41 15 135 C1 describes a method for treating hollow bodies such as injection nozzles or of components with similarly difficult to access holes. In doing so the workpieces as bulk goods in the batch room without special arrangement or alignment placed. The result is a difficult to control Depth of penetration with a preference for the outer surfaces of the workpieces. If the outer surfaces are to be subsequently machined, so this is made difficult or impossible, because hardening after the Processing is ruled out due to the delay in hardness.
Auch die EP 0 818 555 A1 befaßt sich mit dem Aufkohlen von Hohlkörpern mit Sackbohrungen, wobei jedoch das Aufkohlen wiederum bevorzugt auf der äußeren Oberfläche der Hohlkörper stattfindet.EP 0 818 555 A1 also deals with the carburizing of hollow bodies with blind holes, but the carburizing is preferred the outer surface of the hollow body takes place.
Die EP 0 695 813 A2 offenbart zum Aufkohlen die Verwendung eines Plasmas mit pulsierender Spannung zwischen 200 und 2000 Volt. Auch hierbei wird jedoch stets die gesamte Außenfläche der Werkstücke aufgekohlt.EP 0 695 813 A2 discloses the use of a carburizing agent Plasmas with a pulsating voltage between 200 and 2000 volts. Also however, the entire outer surface of the workpieces is always used carburized.
Die Firmendruckschrift der Anmelderin "Vakuumgestützte Kohlungsverfahren mit Hochdruck-Gasabschreckung", Impressum: W2004d/9.97/2000/St, offenbart komplette Verfahrensabläufe sowohl in einem Einkammer-Vakuumofen als auch in einer Mehrkammer-Durchlaufanlage. Beschrieben ist speziell die Behandlung der äußeren Oberflächen von Getriebeteilen wie Zahnrädern und Wellen. Die EP 0 313 888 B2 befaßt sich speziell mit der Hochdruck-Gasabschreckung zum Härten von Werkstücken aus Stahl.The applicant's company publication "Vacuum-assisted coaling processes with high pressure gas quenching ", Imprint: W2004d / 9.97 / 2000 / St, discloses complete processes in both a single chamber vacuum furnace as well as in a multi-chamber continuous system. Is described specifically the treatment of the outer surfaces of gear parts such as Gears and shafts. EP 0 313 888 B2 deals specifically with the High pressure gas quenching for hardening steel workpieces.
Es ist weiterhin bekannt, Werkstücke bei der konventionellen Gasaufkohlung dadurch partiell aufzukohlen, daß man nicht zu härtende äußere Oberflächenbereiche mit einer Abdeckpaste "versiegelt". Solche Abdeckpasten sind jedoch weder für Vakuumprozesse noch für Plasmaprozesse geeignet, da die Abdeckpasten dem lonenbeschuß des Plasmas nicht standhalten. Man hat auch schon versucht, Gewinde durch Kapseln oder Stopfen mechanisch abzudecken, aber auch dabei kommt es durch die unterschiedlichen Ausdehnungen leicht zum "Unterkriechen" der Abdekkungen, die oft nur mühsam und unter Verursachung von Zerstörungen entfernt werden können. Außerdem sind die thermisch mitbehandeten Gewinde nach der Behandlung häufig nicht mehr maßhaltig.It is also known to workpieces in conventional gas carburizing partially carburize by not hardening outer "Sealed" surface areas with a covering paste. Such masking pastes are however neither for vacuum processes nor for plasma processes suitable because the masking pastes do not bombard the plasma with ions withstand. One has also tried threading through capsules or To cover the stopper mechanically, but it also comes through different dimensions easily to "crawl under" the covers, which is often laborious and causes destruction can be removed. They are also thermally treated Threads often no longer true to size after treatment.
Durch die DE 29 20 719 A1 ist es bekannt, einzelne ringförmige Werkstücke wie Zahnräder, Kupplungsteile, Laufringe für Rollenlager und dergleichen dadurch zonenweise aufzukohlen, daß man die nicht aufzukohlenden Zonen durch wieder verwendbare Verkleidungen gegen das Kohlungsgas abschirmt. Dies geschieht z.B. dadurch daß die Stirnseiten der Werkstücke durch scheibenförmige Formteile aus Metall oder brikettiertem Metallpulver abgedeckt sind, die mit ringförmigen Flanschen teilweise in die Bohrung der Werkstücke eingreifen, eine Ringnut für den Schutz der Enden der Werkstücke besitzen oder abgestuft sind. In jedem Fall sollen die größten Anteile der inneren und auch der äußeren Flächenbereiche dem Kohlungsgas ausgesetzt werden. Durch die Aufkohlung und Härtung der Außenflächen wird dort eine spätere meachnische Bearbeitung, z.B. durch Gewindeschneiden, erschwert. Eine laufende Fertigung durch Ablage auf einem porösen Transportband und der Transport durch einen Durchlaufofen sind zwar offenbart, jedoch handelt es sich immer um die Behandlung von Einzelteilen. Einspritzteile für Motoren und die Nicht-Aufkohlung der Außenseiten dieser Teile sind nicht offenbart.From DE 29 20 719 A1 it is known individual ring-shaped workpieces such as gears, coupling parts, races for roller bearings and to carburize the like in zones by not carburizing Zones through reusable cladding against that Shields carbonization gas. This happens e.g. in that the end faces of the workpieces through disc-shaped molded parts made of metal or briquetted Metal powders are partially covered with annular flanges engage in the bore of the workpieces, an annular groove for the Protect the ends of the workpieces or are graduated. In each The largest proportion of the inner and outer surface areas should fall be exposed to the coal gas. By carburizing and Hardening of the outer surfaces will be followed by subsequent mechanical processing, e.g. difficult by threading. Ongoing manufacturing by placing it on a porous conveyor belt and transporting it through a continuous furnace is disclosed, but it is always the treatment of individual parts. Injection parts for engines and the Non-carburizing of the outside of these parts is not disclosed.
Durch die WO 00/58531 A1 ist es bekannt, beim Beschichten von Werkstücken mit Aluminium und/oder Chrom und deren Verbindungen Teilbereiche der Werkstücke, z.B. die Füße oder Wurzeln von Turbinenschaufeln, dadurch gegen den Einfluß des Beschichtungsmaterials zu schützen, daß man diese Teilbereiche mit wieder verwendbaren Masken oder Kappen mit keramischen Komponenten versieht, die nicht mit den Werkstücken reagieren. Immer handelt es sich jedoch um das "Maskieren" einzelner Werkstücke und das Beschichten von Außenflächen der Werkstücke. Einspritzteile für Motoren sind nicht offenbart, insbeondere nicht die Nicht-Aufkohlung aller Außenseiten dieser Teile.From WO 00/58531 A1 it is known when coating workpieces with aluminum and / or chrome and their connections the workpieces, e.g. the feet or roots of turbine blades, thereby against the influence of the coating material protect that these parts with reusable masks or caps with ceramic components that do not match the Workpieces react. However, it is always about "masking" individual workpieces and the coating of outer surfaces of the workpieces. Injection parts for engines are not disclosed, especially not the non-carburizing of all the outside of these parts.
Auch durch die WO 99/13126 ist es bekannt, eine Teillänge, d.h. das Ende von rohrförmigen Werkstücken, z.B. Bohrerelementen, dadurch gegen eine thermochemische Oberflächenbehandlung zu schützen, daß man das Ende des Werkstücks mit einer Kappe versieht, die die besagte Teillänge gegen den Einfluß der thermochemische Oberflächenbehandlung abschirmt. Der größte Teil der Außenflächen wird der thermochemischen Behandlung ausgesetzt. Auch hierbei handelt es sich jedoch um das "Maskieren" der Enden einzelner Werkstücke. Einspritzteile für Motoren sind nicht offenbart.It is also known from WO 99/13126 that a partial length, i.e. the end of tubular workpieces, e.g. Drill elements, thereby against to protect a thermochemical surface treatment that the End of the workpiece with a cap that the said partial length against the influence of thermochemical surface treatment shields. The largest part of the outer surface is the thermochemical Exposed to treatment. However, this is also the case "Masking" the ends of individual workpieces. Injection parts for engines are not disclosed.
Durch die DE 35 02 144 A1 ist es bekannt, die Innenflächen von ringförmigen Werkstücken mit ebenen Stirnflächen wie geschlitzten Kolbenringen dadurch gegen eine Nitrierbehandlung zu schützen, daß man diese Innenflächen mit einem Schutz versieht, der z.B. aus einem überzug aus Kupfer, Nickel, Chrom oder Zinn besteht. Durch axiales Aneinanderreihen und kongruentes Verspannen der der Stirnflächen mehrerer Werkstücke gegeneinander auf einem Träger kann außerdem erreicht werden, daß nur die zylindrischen Außenflächen der Nitrierbehandlung ausgesetzt werden. Dies ist gerade das Gegenteil der Erfindung, bei der alle Außenflächen gegen eine thermochemische Behandlung geschützt werden sollen. Für andere als ringförmige und planparallel aneinanderlegbare Werkstücke ist das Verfahren weder vorgesehen noch geeignet.From DE 35 02 144 A1 it is known that the inner surfaces of annular Workpieces with flat end faces such as slotted piston rings to protect against a nitriding treatment that these inner surfaces provides protection that e.g. from a copper coating, Nickel, chrome or tin exists. By axially lining up and congruent clamping of the end faces of several workpieces against each other on a carrier can also be achieved that only the cylindrical outer surfaces are exposed to the nitriding treatment. This is just the opposite of the invention in which all of the exterior surfaces should be protected against thermochemical treatment. For other than annular and plane-parallel workpieces the procedure is neither intended nor suitable.
Durch die DE 28 51 983 B2 ist es beim Aufkohlen von Hohlkörpern mit unterschiedlichen Wandstärken, wie z.B. bei Düsen für Dieselmotoren, bekannt, die Oberflächenbereiche der dünnwandigen Abschnitte in Umhüllungen unterzubringen, in denen ein Aufkohlungsprozeß mit geringerer Intensität als an den übrigen Oberflächenbereichen stattfindet, um ein sogenanntes "Durchkohlen" und ein Verspröden zu vermeiden. Dies gilt auch für dasjenige Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere dünnwandige Abschnitte der Düsen durch Bohrungen in einen gemeinsamen, kastenförmigen Hohlraum eingeführt sind. Für alle Ausführungsbeispiele gilt jedoch, daß alle Oberflächenbereiche, also auch die Außenflächen der Werkstücke, aufgekohlt werden sollen und daß die Umgebungen sowohl der dickwandigen als auch der dünnwandigen Abschnitte der Hohlkörper untereinander gedrosselt, z.B. über die Düsenbohrungen selbst, an dem periodischen Gaswechsel in einem Vakuumofen teilnehmen. Die Aufkohlung und spätere Härtung der Außenflächen ist für eine nachfolgende spanabhebende Bearbeitung der Werkstücke äußerst nachteilig.From DE 28 51 983 B2 it is used when carburizing hollow bodies different wall thicknesses, e.g. for nozzles for diesel engines, known, the surface areas of the thin-walled sections in To accommodate wrappings in which a carburizing process with lower intensity than on the other surface areas, to avoid so-called "carbonization" and embrittlement. This also applies to the embodiment in which several thin-walled Sections of the nozzles through holes in a common, box-shaped cavity are introduced. For all embodiments applies, however, that all surface areas, including the outer surfaces of the Workpieces that are to be carburized and that the surroundings are both the thick-walled and the thin-walled sections of the hollow body throttled with each other, e.g. via the nozzle bores themselves, on the Participate in periodic gas changes in a vacuum oven. The carburization and subsequent hardening of the outer surfaces is for a subsequent one Machining the workpieces extremely disadvantageous.
Keine der vorstehend genannten Schriften befaßt sich mit folgender
Problemstellung:
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mit dem mehrere Werkstücke oder Chargen von vielen Werkstücken partiell, d.h. nur an genau vorgegebenen inneren Oberflächenbereichen, insbesondere in definierten Hohlräumen von Werkstücken, genau vorgegebenen und von Werkstück zu Werkstück zumindest weitgehend identischen und über viele Behandlungszyklen reproduzierbaren Verfahrensparametern ausgesetzt werden. Es geht also nicht nur darum, die Werkstücke einer Charge gleichmäßig partiell zu behandeln, sondern auch das oder die Werkstücke nachfolgender Chargen.The invention is therefore based on the object of a method of the beginning Specify the type described with which several workpieces or batches of many workpieces partially, i.e. only at precisely specified inner surface areas, especially in defined cavities of workpieces, precisely specified and of workpiece too Workpiece at least largely identical and over many treatment cycles reproducible process parameters are exposed. So it's not just about making the workpieces of a batch even to be partially treated, but also the work piece or work pieces below Batches.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen
Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 und bei der eingangs angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß
durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs
22.The solution to the problem is the one specified at the beginning
Method according to the invention by the features in the characteristic of
Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, d.h. es werde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend verbessert, daß mit ihm mehrere Werkstücke oder Chargen von vielen Werkstücken partiell, d.h. nur an genau festgelegten Oberflächenbereichen in Hohlräumen von Werkstücken, thermochemisch behandelt werden können. Dies geschieht mit genau vorgegebenen und von Werkstück zu Werkstück zumindest weitgehend identischen und über viele Behandlungszyklen reproduzierbaren Verfahrensparametern. Es geht insbesondere darum, nicht nur die Werkstücke einer Charge gleichmäßig und definiert partiell zu behandeln, sondern auch die Werkstücke nachfolgender Chargen, z.B. in kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Prozessen.The object is completely achieved by the invention, i.e. a method and a device of the type described at the outset Genre improved in that several workpieces with it or batches of many workpieces partially, i.e. only on precisely defined Surface areas in cavities of workpieces, thermochemically can be treated. This happens with precisely specified and at least largely identical from workpiece to workpiece and Process parameters that can be reproduced over many treatment cycles. It is especially about not only the workpieces of a batch evenly and partially treated, but also the workpieces subsequent batches, e.g. in continuous or quasi-continuous Processes.
Der Kern der Erfindung besteht darin, die äußeren Flächen der Werkstücke nicht thermochemisch zu behandeln, beispielsweise aufzukohlen, die thermochemische Behandlung der inneren Flächen aber trotzdem, ganz oder teilweise, sicherzustellen.The essence of the invention is the outer surfaces of the workpieces not to be treated thermochemically, e.g. carburizing, nevertheless the thermochemical treatment of the inner surfaces, in whole or in part.
Die Erfindung besteht gewissermaßen in einer Umkehrung der klassischen Vorgehensweise: Es wird nicht mehr der größte Teil der Werkstückoberfläche der thermochemischen Gasbehandlung ausgesetzt, wobei kleinere Teilbereiche der Oberfläche(n) gegen die Gasbehandlung abgedeckt bzw. isoliert werden, sondern es werden durch den erfindungsgemäßen Formkörper die gesamte äußere Werkstückoberfläche, lediglich mit Ausnahme der zu behandelnden inneren Oberflächenbereiche, gegen die Gaseinwirkung geschützt. Dabei ist es auch nicht unbedingt erforderlich, daß der erfindungsgemäße Formkörper die Werkstücke in komplementärer Formgebung spalt- und fugenfrei umgibt, sondern es genügt, z.B. beim Behandeln des Innenraums von hohlen Werkstücken den besagten Formkörper gegenüber den Enden der Werkstücke abzudichten, ggf. unter Zwischenschaltung von Hülsen, und zwischen den Dichtstellen im Innern des Formkörpers mehrere Formhohlraum frei zu lassen, die die Werkstücke umgeben und in dem keine Gasbehandlung stattfinden kann.To a certain extent, the invention is an inversion of the classic Procedure: It is no longer the largest part of the workpiece surface exposed to thermochemical gas treatment, with smaller ones Parts of the surface (s) covered against gas treatment or are isolated, but it is by the molded body according to the invention the entire outer workpiece surface, with one exception only of the inner surface areas to be treated, against the influence of gas protected. It is also not absolutely necessary that the Shaped body according to the invention the workpieces in complementary Shape without gaps and joints, but it is sufficient, e.g. at the Treating the interior of hollow workpieces To seal the molded body against the ends of the workpieces, if necessary with the interposition of sleeves, and between the sealing points in the To leave several mold cavities free inside the molded body Surround workpieces and in which no gas treatment can take place.
Dadurch wird es möglich, Werkstücke nahezu jeder Geometrie und/oder mit unregelmäßigen und/oder rauhen Oberflächen, die z.B., durch Guß- oder Schmiedeverfahren entstanden sind, thermochemisch an genau definierten Stellen zu behandeln und beim Aufheizen auf die üblichen Temperaturen für Gasbehandlungen, die bei 800 °C und darüber durchgeführt werden, die Einflüsse eines Wärmeverzugs, unterschiedlicher Ausdehnungen etc. auf die Abdeckwirkung zu vermindern oder ganz auszuschalten. Dünnwandige Fortsätze von ansonsten dickwandigen Werkstücken werden gleichmäßiger abgekühlt und erhalten dadurch einen günstigeren Eigenspannungszustand. Die Grenzen zwischen behandelten und unbehandelten Oberflächenbereichen werden durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen während der Behandlung nicht mehr verschoben. Insbesondere sind auch Werkstücke größerer Chargen in allen vorgegebenen Oberflächenbereichen identischen Verfahrensparametern ausgesetzt.This makes it possible to work with almost any geometry and / or with irregular and / or rough surfaces, e.g. by casting or forging processes have arisen, exactly thermochemically treated areas and when heating to the usual Temperatures for gas treatments carried out at 800 ° C and above the influences of heat distortion, different Reduce extensions etc. on the masking effect or entirely off. Thin-walled extensions of otherwise thick-walled ones Workpieces are cooled more evenly and thus get one more favorable residual stress condition. The boundaries between treated and untreated surface areas are characterized by different thermal expansions no longer shifted during treatment. In particular, there are workpieces of larger batches in all predetermined surface areas identical process parameters exposed.
Die erfindungsgemäße Verwendung der die Werkstücke einschließenden Formkörper und die erfindungsgemäßen Formkörper selbst, die gewissermaßen Gehäuse darstellen, zu öffnen sind und auch als Schachteln, Boxen o.dgl. bezeichnet werden können, ermöglichen nach ihrer Beschikkung mit den Werkstücken nicht nur den Transport in und durch eine Behandlungsanlage mit mehreren Prozeßstufen, sondern überraschenderweise auch die unterschiedlichsten in der Praxis vorkommenden Behandlungen wie Aufheizen, Aufkohlen (oder Aufsticken), Diffundieren, Abschrekken und Nachbehandeln in anderen Anlagen (z.B. Tiefkühlen und Anlassen), ohne daß die einzelnen Werkstücke "ausgepackt" und umgeladen werden müßten. Dieser überraschende Effekt gilt insbesondere für den Fall der in wenigen Sekunden durchzuführenden Hochdruck-Gasabschreckung, wie sie z.B. in der EP 0 313 888 B2 und in der eingangs genannten Firmendruckschrift der gleichen Anmelderin beschrieben ist.The use according to the invention of those which include the workpieces Shaped body and the shaped body itself, to a certain extent Represent housing, can be opened and also as boxes, Boxing or the like can be designated, allow after their messaging with the workpieces not only the transport in and through a Treatment plant with several process stages, but surprisingly also the most diverse treatments that occur in practice such as heating, carburizing (or embroidering), diffusing, quenching and aftertreatment in other systems (e.g. freezing and tempering), without the individual workpieces being "unpacked" and reloaded should be. This surprising effect applies in particular to the Case of high-pressure gas quenching to be carried out in a few seconds, such as in EP 0 313 888 B2 and in the introduction mentioned company publication of the same applicant is described.
Als thermochemische Gasbehandlung kann nicht nur eine Unterdruck-Gasbehandlung ohne Plasmaanregung bei Drücken bis zu 30.000 Pa eingesetzt werden, bei der die Formkörper und ggf. auch die zwischengeschalteten Hülsenauch aus einem elektrisch nichtleitenden Material wie aus Keramik bestehen können. Vielmehr ist es insbesondere auch möglich, Verfahren der Plasmabehandlung anzuwenden, wobei die Formkörper für diesen Fall bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, bevorzugt aus Grafit, bestehen können, so daß die Formkörper als Elektrode (Katode) für die Plasmaanregung dienen. Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der Detailbeschreibung. As a thermochemical gas treatment can not only a vacuum gas treatment used without plasma excitation at pressures up to 30,000 Pa be in which the molded body and possibly also the intermediate Sleeves also made from an electrically non-conductive material Ceramics can exist. Rather, it is in particular also possible Apply the method of plasma treatment, wherein the shaped body for this case preferably from an electrically conductive material, preferably made of graphite, so that the molded body as an electrode (Cathode) for plasma excitation. More details and advantages result from the detailed description.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:
- jeweils mindestens ein Oberflächenbereich des Hohraums des Werkstücks durch eine eingesetzte Hülse gegen die thermochemische Behandlung abgeschirmt wird, während mindestens ein weiterer Oberflächenbereich des Hohlraums der thermochemischen Behandlung ausgesetzt wird,
- die thermochemische Behandlung unter Plasmaeinwirkung durchgeführt wird und wenn der Formkörper aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht,
- ein Formkörper mit mehreren Formhohlräumen für die Ausnahme jeweils eines Werkstücks verwendet wird,
- der Formkörper als Gehäuse mit einem Oberteil ausgebildet ist und wenn zumindest das Oberteil Öffnungen aufweist, die mit den Hohlräumen in den Werkstücken kommunizieren und durch die die kohlenstoffhaltige Atmosphäre in die Werkstücke eintritt,
- zwischen nicht zu behandelnden Oberflächenbereichen der Werkstücke und dem Formkörper zur Abdichtung Hülsen eingesetzt werden,
- mehrere Formkörper zu einer Charge vereinigt werden,
- das Verfahren im Vakuumbereich zwischen 10 Pa und 3000 Pa, vorzugsweise zwischen 50 Pa und 1000 Pa, durchgeführt wird,
- das Verfahren mit Plasmaspannungen zwischen 200 und 2000 Volt, vorzugsweise zwischen 300 und 1000 Volt, durchgeführt wird,
- das Plasma impulsförmig eingesetzt wird, wobei vorzugsweise die Einschaltdauer zwischen 10 und 200 µs und die Pausendauer zwischen 10 und 500 µs gewählt werden,
- als kohlenstoffhaltiges Gas mindestens ein Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Methan, Ethan, Propan und Azethylen ausgewählt wird,
- dem kohlenstoffhaltigen Gas mindestens ein Gas aus der Gruppe Argon, Stickstoff und Wasserstoff zugesetzt wird, wobei der Anteil des mindestens einen Kohlenwasserstoffes zwischen 10 und 90 Volumens-% gewählt wird,
- als Material für die Formkörper Grafit oder CFC verwendet wird, insbesondere wenn als Material für die Formkörper ein Werkstoff verwendet wird, der zumindest bis zu einer Temperatur von 1050°C, vorzugsweise bis 1200°C, keine Verzugserscheinungen aufweist,
- die plasmaseitigen Enden des mindestens einen Formhohlraums der Formkörper gegenüber dem jeweiligen Werkstück plasmadicht ausgebildet werden, und/oder, wenn
- die Werkstücke innerhalb des Formkörpers
- a) vor der Aufkohlung einem Aufheizvorgang,
- b) nach der Aufkohfung einem Diffusionsvorgang,
- c) nach dem Diffusionsvorgang einer Hochdruck-Gasabschreckung,
- d) nach der Hochdruck-Gasabschreckung einer Weiterbehandlung durch Tiefkühlung und Anlassen ausgesetzt werden.
- at least one surface area of the cavity of the workpiece is shielded from the thermochemical treatment by an inserted sleeve, while at least one further surface area of the cavity is exposed to the thermochemical treatment,
- the thermochemical treatment is carried out under the influence of plasma and if the shaped body consists of an electrically conductive material,
- a molded body with several mold cavities is used for the exception of one workpiece,
- the molded body is designed as a housing with an upper part and if at least the upper part has openings which communicate with the cavities in the workpieces and through which the carbon-containing atmosphere enters the workpieces,
- sleeves are used between surface areas of the workpieces not to be treated and the shaped body for sealing,
- several shaped bodies are combined into one batch,
- the process is carried out in a vacuum range between 10 Pa and 3000 Pa, preferably between 50 Pa and 1000 Pa,
- the method is carried out with plasma voltages between 200 and 2000 volts, preferably between 300 and 1000 volts,
- the plasma is used in pulse form, the duty cycle preferably being selected between 10 and 200 μs and the pause duration between 10 and 500 μs,
- at least one hydrocarbon from the group methane, ethane, propane and acetylene is selected as the carbon-containing gas,
- at least one gas from the group of argon, nitrogen and hydrogen is added to the carbon-containing gas, the proportion of the at least one hydrocarbon being chosen between 10 and 90% by volume,
- graphite or CFC is used as the material for the shaped bodies, in particular if a material is used as the material for the shaped bodies which has no signs of distortion at least up to a temperature of 1050 ° C., preferably up to 1200 ° C.,
- the plasma-side ends of the at least one mold cavity of the moldings are designed to be plasma-tight with respect to the respective workpiece, and / or if
- the workpieces within the molded body
- a) before the carburizing, a heating process,
- b) after the decarburization, a diffusion process,
- c) after the diffusion process of high pressure gas quenching,
- d) after high-pressure gas quenching, further treatment by freezing and tempering get abandoned.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:
- der Formkörper als Gehäuse ausgebildet ist und aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht und wenn die Werkstücke im Formhohlraum derart einschließbar sind, daß sich bei der Anwendung von Plasma zwischen dem Formkörper und den Werkstücken kein Plasma ausbildet,
- der Formkörper zum Behandeln von Werkstücken mit Hohlräumen, die einer thermochemischen Vakuumbehandlung ausgesetzt werden, mehrere Öffnungen besitzt, die mit den Hohlräumen der jeweils zugehörigen Werkstücke kommunizieren,
- der Formkörper als Gehäuse mit einem Oberteil ausgebildet ist und wenn zumindest das Oberteil mehrere Öffnungen aufweist, die mit den Hohlräumen in den jeweils zugehörigen Werkstücken kommunizieren,
- der Formkörper ein Unterteil aufweist, das mehrere Öffnungen aufweist, und wenn die Achsen der Öffnungen im Oberteil und im Unterteil fluchten,
- zwischen Unterteil und Oberteil eine auf dem Umfang umlaufende Trennfuge angeordnet ist, die eine teleskopartige Bewegung zwischen Unterteil und Oberteil ermöglicht,
- die plasmaseitigen Enden der Öffnungen im Formkörper gegenüber dem jeweiligen Werkstück plasmadicht ausgebildet sind,
- Hülsen vorgesehen sind, die zwischen dem Werkstück und dem Unterteil einerseits und dem Werkstück und dem Oberteil andererseits einsetzbar und derart an das Werkstück angepaßt sind, daß nicht zu behandelnde Oberflächenbereiche der Werkstücke von der thermochemischen Behandlung ausgesschlossen sind,
- mehrere Formkörper durch ein Transportgestell zu einer Charge vereinigt sind, insbesondere, wenn das Transportgestell Traversen zur Aufstellung von Formkörpern mit Abständen nebeneinander und übereinander aufweist,
- als Material für die Formkörper Grafit oder CFC verwendet wird, insbesondere wenn als Material für die Formkörper ein Werkstoff verwendet wird, der zumindest bis zu einer Temperatur von 1050°C, vorzugsweise bis 1200°C, keine Verzugserscheinungen aufweist, und/oder, wenn
- der Formkörper innerhalb einer evakuierbaren Kammer mit einem Einlaß für mindestens einen Kohlenwasserstoff angeordnet und als Katode für eine Plasmaausbildung geschaltet ist.
- the molded body is designed as a housing and consists of an electrically conductive material and if the workpieces can be enclosed in the mold cavity in such a way that no plasma forms between the molded body and the workpieces when plasma is used,
- the shaped body for treating workpieces with cavities which are subjected to thermochemical vacuum treatment has a plurality of openings which communicate with the cavities of the respectively associated workpieces,
- the molded body is designed as a housing with an upper part and if at least the upper part has a plurality of openings which communicate with the cavities in the respectively associated workpieces,
- the shaped body has a lower part which has a plurality of openings, and if the axes of the openings in the upper part and in the lower part are aligned,
- a separating joint running around the circumference is arranged between the lower part and the upper part, which enables a telescopic movement between the lower part and the upper part,
- the plasma-side ends of the openings in the molded body are designed to be plasma-tight with respect to the respective workpiece,
- Sleeves are provided which can be inserted between the workpiece and the lower part on the one hand and the workpiece and the upper part on the other and are adapted to the workpiece in such a way that surface areas of the workpieces which are not to be treated are excluded from the thermochemical treatment,
- several shaped bodies are combined to form a batch by a transport frame, in particular if the transport frame has crossbeams for setting up shaped bodies with spacings next to and on top of one another
- graphite or CFC is used as the material for the shaped bodies, in particular if a material is used as the material for the shaped bodies which has no signs of distortion at least up to a temperature of 1050 ° C., preferably up to 1200 ° C., and / or if
- the molded body is arranged within an evacuable chamber with an inlet for at least one hydrocarbon and is connected as a cathode for plasma formation.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 6 in Verbindung mit einer thermochemischen Plasmabehandlung näher erläutert.An embodiment of the subject of the invention and its mode of operation are subsequently based on Figures 1 to 6 in connection explained in more detail with a thermochemical plasma treatment.
Es zeigen:
Figur 1- einen halben Vertikalschnitt durch eines der Werkstücke innerhalb des Formkörpers quer zu dessen Längsachse ,
- Figur 2
- eine Draufsicht auf ein Ende eines Formkörpers für zahlreiche Werkstücke in verkleinertem Maßstab,
- Figur 3
- eine Seitenansicht eines Transportgestells mit einer Charge, bestehend aus zwölf Formkörpern, in drei Etagen,
- Figur 4
- eine weitere Seitenansicht des Gegenstandes nach Figur 3 aus einer um 90 Grad verdrehten Blickrichtung,
- Figur 5
- einen Längsschnitt durch eine Durchlaufanlage zur Behandlung von Chargen nach den Figuren 3 und 4 in stark schematisierter Darstellung und
- Figur 6
- einen Ausschnitt aus Figur 5 in vergrößertem Maßstab und mit zusätzlichen Details.
- Figure 1
- a half vertical section through one of the workpieces within the shaped body transversely to its longitudinal axis,
- Figure 2
- a plan view of one end of a shaped body for numerous workpieces on a reduced scale,
- Figure 3
- a side view of a transport frame with a batch, consisting of twelve moldings, in three floors,
- Figure 4
- 3 shows a further side view of the object according to FIG. 3 from a viewing direction rotated by 90 degrees,
- Figure 5
- a longitudinal section through a continuous system for the treatment of batches according to Figures 3 and 4 in a highly schematic representation and
- Figure 6
- a section of Figure 5 on an enlarged scale and with additional details.
In Figur 1 ist ein hülsenförmiges Werkstück 1 mit einer Achse A-A dargestellt,
das einen Hohlraum 2 in Form einer Stufenbohrung besitzt, von der
die stark umrandeten inneren zylindrischen Oberflächenbereiche 3, 4 und
5 sowie der Oberflächenbereich 6, eine kreisringförmige Stirnseite, aufgekohlt
werden sollen, die übrigen Oberflächenbereiche hingegen nicht. Die
hervorgehobenen Oberflächenbereiche 3, 4, 5 und 6 sind bei der Behandlung
einem Plasma einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt.1 shows a sleeve-shaped
Das Werkstück 1 besitzt einen rohrförmigen Fortsatz 1a, dessen Außenseite
1b gegen den Plasmabeschuß geschützt werden muß. Dies
geschieht durch eine Hülse 7 mit einem Kragen 7a, die den Fortsatz 1a mit
kleinstmöglichem Spiel umschließt, um ein Eindringen des Plasmas zu
verhindern. Die Hülse 7 kann aus einem metallischen Werkstoff, aber auch
aus einem Nichtmetall bestehen, das keine Reaktion mit dem Werkstück 1
eingeht. In das obere Ende des Werkstücks 1, dessen Hohlraum 2 an
dieser Stelle einen größeren Durchmesser hat, ist eine weitere Hülse 8 mit
einem Kragen 8a eingesetzt, der gegenüber dem Werkstück einen Ringspalt
9 frei läßt, um Toleranzen und/oder Wärmedehnungen auszugleichen.
Wichtig ist, daß in eine Trennfuge 10 kein Plasma eindringen kann. Auch
die Hülse 8 kann gleichfalls aus einem metallischen Werkstoff, aber auch
aus einem Nichtmetall bestehen, das keine Reaktion mit dem Werkstück 1
eingeht. Das Werkstück 1 und die Hülsen 7 und 8 bilden gewissermaßen
einen rotationssymmetrischen Stapel, der die nachstehend beschriebene
Funktion hat. Die Rotationssymmetrie ist aber nicht zwingend.The
Der vorstehend beschriebene Stapel ist in einen zweiteiligen Formkörper
11 eingesetzt, der aus einem Unterteil 12 und einem Oberteil 13 besteht,
deren Zargen 12a und 13a sich an einer Z-förmigen Trennfuge 14 plasmadicht
und teleskopartig übergreifen. Das Unterteil 12 besitzt eine Öffnung
12b, in die die Hülse 7 - wiederum plasmadicht - eingesetzt ist, und das
Oberteil 13 besitzt eine Öffnung 13b, deren Rand den Kragen 8a der Hülse
8 - wiederum plasmadicht - übergreift. Die Achsen der Öffnungen 12a und
13a fluchten miteinander. Dadurch stützt sich das Oberteil 13, eine Art
Deckel, auf dem Stapel aus dem Werkstück 1 und den Hülsen 7 und 8 ab. The stack described above is in a two-part molded
Das deutlich gezeigte Vertikalspiel an der Trennfuge 14 dient dazu, Toleranzen
und/oder Wärmedehnungen auszugleichen. In dem das Werkstück
1 einschließenden Formhohlraum 15 kann sich infolgedessen kein Plasma
ausbilden. Der Formhohlraum 15 kann jedes Werkstück eng umschlleßen,
er kann aber auch Freiräume um das Werkstück bilden, sofern nur sichergestellt
ist, daß zwischen den Öffnungen 12a und 13a und dem Werkstück
und/oder den Hülsen 7 und 8 kein Plasma eindringen kann. Freiräume
begünstigen das Einsetzen von Werkstücken mit unterschiedlichen
Geometrien.The clearly shown vertical play at the
Der Formkörper 11 besteht vorzugsweise aus Grafit oder CFC, das die
geforderten Eigenschaften hinsichtlich Lebensdauer, Wiederverwendbarkeit,
Temperaturbeständigkeit, thermischem Ausdehnungskoeffizienten
und elektrischer Leitfähigkeit hat. Die Hülsen 7 und 8 sind nicht zwingend
erforderlich, können aber dann von Vorteil sein, wenn der Formkörper 11
aus Grafit besteht, der eine Aufkohlung an unerwünschten Stellen des
Werkstücks begünstigen könnte. Außerdem können die auswechselbaren
Hülsen 7 und/oder 8 als Adapter für das Einsetzen von Werkstücken mit
unterschiedlichen Geometrien dienen.The molded
Es versteht sich, daß sich die Anordnung nach Figur 1 innerhalb des
Formkörpers 11 beliebig of wiederholen kann, was anhand von Figur 2
dargestellt ist.It is understood that the arrangement of Figure 1 within the
Die Figur 2 zeigt nun eine Draufsicht auf ein Ende eines solchen Formkörpers
11 in verkleinertem Maßstab, und zwar auf das Oberteil 13 mit
einer Vielzahl solcher Öffnungen 13b, jedoch ohne Werkstücke, deren
Einsatz beim Gebrauch der Zahl der Öffnungen 13b entspricht. Der auch
hier vorhandene Formhohlraum 15 kann um jedes Werkstück herum
geschlossen sein, er kann aber auch um einige oder alle Werkstücke
herum durchgehend sein. Soll ein solcher Formkörper 11 nur teilweise mit
Werkstücken gefüllt werden, so genügt es, die ansonsten frei bleibenden
Öffnungen 12a und 13a durch Blindstopfen zu verschließen. FIG. 2 now shows a top view of one end of such a shaped
Die Figuren 3 und 4 zeigen Seitenansichten eines Transportgestells 16 mit
einer Charge 17, bestehend aus zwölf Formkörpern 11 in drei Etagen. Das
Transportgestell 16 besteht aus einem quaderförmigen Rahmengebilde,
dessen einzelne Rahmenelemente mit den Kanten des Quaders zusammenfallen.
Durch das Rahmengebilde erstreckt sich eine Vielzahl von
waagerechten Traversen 18, auf denen die Förmkörper 11 ruhen.Figures 3 and 4 show side views of a
Die Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Durchlaufanlage 19 zur
Behandlung von Chargen 17 nach den Figuren 3 und 4 in stark schematisierter
Darstellung. Die Durchlaufanlage 19 besitzt in einer Reihenanordnung
- in Arbeitsrichtung gezählt - ingesamt fünf Kammern 20, 21, 22, 23
und 24, die durch innere Schleusenschieber 25, 26, 27 und 28 voneinander
getrennt bzw. trennbar sind. Am Eingang der Durchlaufanlage 19 befindet
sich ein Einschleusschieber 29 und am Ausgang ein Ausschleusschieber
30. Durch die Schieber 28 und 30 dient die letzte Kammer 24, die
Abschreckkammer, gleichzeitig als Ausschleuskammer.FIG. 5 shows a longitudinal section through a
Die Kammer 20 ist eine Einschleuskammer und hat einen Stellplatz für eine
Charge 17. Die Kammer 21 ist eine Aufheizkammer und hat Stellplätze für
drei Chargen 17 sowie drei Umwälzgebläse 31. Die Kammer 22 ist eine
Aufkohlungskammer und hat einen Stellplatz für eine Charge 17. Die
Kammer 23 ist eine Diffusionskammer und hat Stellplätze für zwei Chargen
17. Die Kammer 24 ist eine kalte Hochdruck-Abschreckkammer und hat
einen Stellplatz für eine Charge 17, ein Umwälzgebläse 32 und einen
Gaskühler 33. Die Zahl der Chargen 17 in den Kammern 21, 22, 23 und 24
und die dadurch vorgegebenen Verwellzeiten und Kammerlängen sind auf
eine bestimmte Taktzeit von beispielsweise 30 Minuten eingestellt.The
Der Aufheizvorgang in der Kammer 21 beträgt somit 90 Minuten, und
während dieser Zeit rücken die Chargen 17 taktweise alle 30 Minuten nach.
Der Aufkohlvorgang in der Kammer 22 beträgt somit maximal 30 Minuten,
kann aber innerhalb dieser Zeit und nach Erreichen der vorgegebenen
Aufkohltiefe durch Unterbrechung der Spannungsversorgung für die
Plasmaerzeugung abgebrochen werden. Der Diffusionsvorgang in der
Kammer 23 beträgt somit 60 Minuten, und während dieser Zeit rücken die
Chargen 17 taktweise alle 30 Minuten nach. Der Abschreckvorgang in der
Kammer 24 beträgt somit maximal 30 Minuten, ist aber erfahrungsgemäß
kurzzeitig beendet. Der Transport der Chargen 17 erfolgt durch ein an
sich bekanntes Hubbalkensystem, das aber der Einfachheit halber nicht
dargestellt ist.The heating process in
Während aller Behandlungsvorgänge verbleiben die Werkstücke 1 in den
Formkörpern, sie müssen also nicht "ausgepackt" und umgeladen werden.
Es hat sich überraschend herausgestellt, daß die Kapselung in den Formkörpern
auch keinen negativen Einfluß auf andere Vorgänge als das Aufkohlen,
insbesondere auf das Hochdruck-Gasabschrecken, hat. Vielmehr
können die Werkstücke auch nach vollendeter Abschreckung und für
weitere Nachbehandlungen In den Formkörpern verbleiben, wie beispielsweise
in einer weiteren Anlage für eine Tiefkühlung durch gasförmigen
Stickstoff von bis zu -150 °C zur Restumwandlung des Austenits und
nachfolgendes Anlassen.During all treatment processes, the
Die Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 5 in vergrößertem Maßstab
und mit zusätzlichen Details. Dargestellt sind in der Aufkohlkammer 22
eine Anordnung von Heizstäben 34, die auf beiden Seiten des Transportweges
angeordnet sind, und ein Ständer 35, der auf Isolatoren 36 ruht. An
diesen Ständer ist, was nicht dargestellt ist, der negative Pol einer Impuls-Spannungsquelle
für eine Plasmaerzeugung angeschlossen, während die
Kammerwände 22a sich auf Massepotential befinden. Auch die Gaszuleitungen
für die verschiedenen möglichen Kohlenwasserstoffe wie Methan,
Ethan, Propan und Azetylen und ggf. Inertgase wie Stickstoff und Argon
und ggf. ein Reduktionsgas wie Wasserstoff sowie Mischungen aus
diesen Gasen sind ebensowenig dargestellt wie der Saugstutzen eines
Vakuumpumpsatzes.FIG. 6 shows a detail from FIG. 5 on an enlarged scale
and with additional details. The
In einer Vakuum-Durchlaufanlage 19 nach den Figuren 5 und 6 wurden
Chargen 17 mit der in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Anordnung und
Ausbildung thermochemisch behandelt. Die quaderförmigen Formkörper
11 nach den Figuren 1 und 2 bestanden aus Grafit und hatten die Außenabmessungen
L = 500 mm, B = 100 mm und H = 60 mm. Die Raumverteilung
der hülsenförmigen Werkstücke 1, die aus einem üblichen Einsatzstahl
bestanden, und der Hülsen 7 und 8 entsprach Figur 1 in Verbindung
mit Figur 2. Der taktweise Betrieb der Anlage ist weiter oben beschrieben.
Die Taktzeit der Anlage betrug 30 Minuten. Die Gasatmosphäre in den
Kammern 21, 22 und 23 bestand aus 50 Volumensprozent Methan,
25 Volumensprozent Argon und 25 Volumensprozent Wasserstoff. Die
Drücke lagen bei etwa 100 Pa.In a
Die Chargen 17 wurden einzeln über die Kammer 20 einchargiert und
zunächst in der Kammer 21 innerhalb von 90 Minuten mittels der Heizstäbe
34 auf eine Temperatur von 960 °C aufgeheizt. Danach wurde die jeweils
letzte der Chargen 17 zum Aufkohlen bei gleichfalls 960 °C in die Kammer
22 transportiert, und die Spannungsversorgung dieser Charge 17 wurde
für die Dauer von 20 Minuten eingeschaltet. Die pulsierende bzw. getaktete
Spannung betrug - 700 Volt.
Anschließend wurde die aufgekohlte Charge 17 zur Diffusion des aufgenommenen
Kohlenstoffs bei gleichfalls 960 °C in die Kammer 23 transportiert,
in der sie unter einmaligem Umsetzen vom ersten auf den
zweiten, durch Ausbringen der letzten Charge frei gewordenen, Stellplatz
60 Minuten verblieb. Anschließend wurde die jeweils letzte Charge 17 in
die Kammer 24 verbracht und dort unter Härtung der aufgekohlten
Teilbereiche unter Beachtung der üblichen Z-T-U-Diagramme abgeschreckt.
Ein solcher Vorgang ist in der EP 0 313 888 B2 sehr ausführlich
beschrieben, so daß sich hier weitere Angaben erübrigen.Then the carburized
Nach dem anschließenden Tiefkühlen mit gasförmigem Stickstoff von bis
zu - 150 °C und dem üblichen Anlassen wurde an den aufgekohlten Bereichen
der Werkstücke 1 eine Härte HV von über 700 gemessen, und an
einem Schliffbild wurde eine sehr gleichmäßige Einhärtetiefe von 0,7 bis
0,8 mm ermittelt. Der Verzug der Werkstücke lag innerhalb vorgegebener
Toleranzen, und die Werkstücke 1 waren absolut rissfrei. Die Formkörper
11 konnten verzugsfrei beliebig oft wieder verwendet werden. After the subsequent freezing with gaseous nitrogen from to
to - 150 ° C and the usual tempering was applied to the carburized areas
the
Soweit vorstehend "definierte" Hohlräume 2 innerhalb eines Werkstücks 1
beschrieben sind, handelt es sich um solche, die während der thermochemischen
Behandlung an mindestens einer Stelle von außen für die
Ofenatmosphäre zugänglich sind, beispielsweise durch mindestens eine
der jeweils einem Werkstück zugeordneten öffnungen 12b und/oder 13b.As far as "defined" cavities 2 within a
Der zu behandelnde Oberflächenbereich 6, eine kreiringförmige Stirnfläche,
wird den inneren Oberflächenbereichen 3, 4 und 5 zugerechnet, da
dieser Oberflächenbereich 6 mit dem Oberflächenbereich 5, einer
Bohrungswandung des Werkstücks 11, in Verbindung steht.The surface area 6 to be treated, a circular ring-shaped end face,
is assigned to the inner surface areas 3, 4 and 5, because
this surface area 6 with the surface area 5, one
Bore wall of the
- 11
- Werkstückworkpiece
- 1a1a
- Fortsatzextension
- 1 b1 b
- Außenseiteoutside
- 22
- Hohlraumcavity
- 33
- Oberflächenbereichsurface area
- 44
- Oberflächenbereichsurface area
- 55
- Oberflächenbereichsurface area
- 66
- Oberflächenbereichsurface area
- 77
- Hülseshell
- 7a7a
- Kragencollar
- 88th
- Hülseshell
- 8a8a
- Kragencollar
- 99
- Ringspaltannular gap
- 1010
- Trennfugeparting line
- 1111
- Formkörpermoldings
- 1212
- Unterteillower part
- 12a12a
- Zargeframe
- 12b12b
- Öffnungopening
- 1313
- Oberteiltop
- 13a13a
- Zargeframe
- 13b13b
- Öffnung opening
- 1414
- Trennfugeparting line
- 1515
- Formhohlraummold cavity
- 1616
- TransportgestellCaddy
- 1717
- Charge(n)Charge (n)
- 1818
- Traversentrusses
- 1919
- DurchlaufanlageContinuous Flow System
- 2020
- Kammerchamber
- 2121
- Kammerchamber
- 2222
- Kammerchamber
- 22a22a
- Kammerwändechamber walls
- 2323
- Kammerchamber
- 2424
- Kammerchamber
- 2525
- Schleusenschieberlock slider
- 2626
- Schleusenschieberlock slider
- 2727
- Schleusenschieberlock slider
- 2828
- Schleusenschieberlock slider
- 2929
- EinschleusschieberEinschleusschieber
- 3030
- AusschleusschieberAusschleusschieber
- 3131
- Umwälzgebläsecirculating fan
- 3232
- Umwälzgebläsecirculating fan
- 3333
- Gaskühlergas cooler
- 3434
- Heizstäbeheaters
- 3535
- Ständerstand
- 3636
- Isolatoreninsulators
- A-AA-A
- Achseaxis
Claims (35)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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