EP3434795A1 - Verfahren zur kältebehandlung von metallischen werkstücken - Google Patents

Verfahren zur kältebehandlung von metallischen werkstücken Download PDF

Info

Publication number
EP3434795A1
EP3434795A1 EP18177795.4A EP18177795A EP3434795A1 EP 3434795 A1 EP3434795 A1 EP 3434795A1 EP 18177795 A EP18177795 A EP 18177795A EP 3434795 A1 EP3434795 A1 EP 3434795A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
phase
temperature
cooling
target temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP18177795.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3434795B1 (de
Inventor
Thomas Böckler
Steven Powell
Georg SELDERS
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.)
Messer SE and Co KGaA
Original Assignee
Messer Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messer Group GmbH filed Critical Messer Group GmbH
Publication of EP3434795A1 publication Critical patent/EP3434795A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3434795B1 publication Critical patent/EP3434795B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/04Hardening by cooling below 0 degrees Celsius
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching

Definitions

  • the invention relates to a method for cold treatment of metallic workpieces according to the preamble of patent claim 1.
  • hardening of a metal one understands the increase of its mechanical resistance by purposeful change and conversion of his structure.
  • a well-known hardening process is the transformation hardening of steel.
  • the workpiece is heated to a temperature of over 723 ° C, so that the present at room temperature ⁇ -iron (ferrite) in ⁇ -iron (austenite) converts.
  • ⁇ -iron ferrite
  • ⁇ -iron austenite
  • the iron atoms arrange themselves into a cubic-body-centered crystal lattice tetragonally distorted by the carbon, the so-called martensite.
  • An important role in this type of curing plays the cooling rate. The greater the subcooling (temperature difference), the more martensite is formed. Also important is the chemical composition of the steel.
  • chromium contributes to the fact that a workpiece can be through-hardened over the entire cross-section. To harden a steel, it must have a carbon content of at least 0.3%. In the industrial sector to avoid edge oxidation and decarburization during the heating phase to above the temperature of austenite often under inert gas atmosphere such as nitrogen, noble gases or working in a vacuum. In case hardening, additional carbon is introduced into the near-surface regions of an otherwise low-carbon workpiece prior to quenching, resulting in a hard edge layer while leaving the core tough.
  • the hardness of the workpiece can be further increased by cooling the workpiece to a temperature of -70 ° C to -120 ° C or even -180 ° C following the heat treatment and holding it at that temperature for a certain time.
  • remaining austenite (“retained austenite”) is transformed into martensite in the structure of the workpiece.
  • a method of this kind is described for example in US Pat US Pat. No. 6,537,396 B1 described.
  • Cool treatment Processes in which a workpiece is exposed to low temperatures of -70 ° C. and below by means of a cryogenic medium are referred to below as "cold treatment".
  • An apparatus for performing a cold treatment of workpieces for example, in the EP 124 29 29 A1 described.
  • a cold treatment of metallic workpieces, in particular steel workpieces is described, which are brought to a temperature of -180 ° C in the treatment and then held for a period of up to 48 hours at this temperature.
  • the invention is based on the object of specifying an alternative method for the cold treatment of metallic workpieces.
  • An inventive method for the cold treatment of metallic workpieces in which a workpiece is brought in a cold chamber by thermal contact with a cryogenic refrigerant to a low temperature, wherein the cold treatment is performed in three stages, namely, a cooling phase during which the temperature of the workpiece is lowered to a lower target temperature, a holding phase in which the workpiece is maintained substantially at the lower target temperature, and a warm-up phase in which the workpiece an upper target temperature is brought, is inventively characterized in that during the cooling phase and / or the warm-up phase, the cooling or the heating of the workpiece is interrupted several times and the workpiece is held for a predetermined period of time at an intermediate temperature.
  • Essential for the invention is thus that the cooling and / or the heating takes place in the metallic workpiece in several stages, in which the cooling or the warm-up process respectively stopped and the temperature is maintained for a certain period of time.
  • the inventive method provides for increased dimensional stability, since usually the aging process is completed.
  • the equalization of the carbon structure provides a higher resistance to rounding wear, especially in cutting tools.
  • thermal conductivity and surface slip properties of the materials can be positively influenced. Even with other materials, such as copper alloys, the inventive method shows positive effects.
  • the final upper target temperature which terminates the process, is a temperature value which is suitable for preventing the condensation of water from an ambient atmosphere present in particular at normal conditions (20 ° C.).
  • the upper target temperature is between 30 ° C and 40 ° C, preferably about 35 ° C.
  • the total duration of treatment is between 10 and 30 h.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the workpiece is heated several times during the holding phase and then cooled again to the lower target temperature. For example, starting from a lower target temperature between -170 ° C and -196 ° C, each heating to a temperature value between -140 ° C and -160 ° C.
  • the following Lowering to the lower target temperature takes place at approximately the same cooling rate as in the cooling phase, or at a considerably higher cooling rate (quenching) of, for example, 10-30 K / min or more.
  • the temperature values at which the interruptions in the cooling phase and / or the warm-up phase occur depends in particular on the material used.
  • the interruption of the cooling phase is preferably carried out at at least two intermediate temperatures, a first time when the workpiece has a temperature between -70 ° C and -90 ° C, a second time at a temperature between -110 ° C. and -130 ° C, with interruptions at other intermediate temperatures that are higher or lower than the stated temperatures are not excluded.
  • the interruptions in the cooling phase can take place in the crystal structure of the workpiece material still with a relatively high diffusion rate rearrangement processes that favor the expression of positive material properties and could not or not completely run off as the cooling progresses.
  • An interruption of the warm-up phase takes place in a workpiece made of steel, preferably when the workpiece has a temperature between -100 ° C and -120 ° C.
  • further interruptions in successively increasing intermediate temperatures of the warm-up process are conceivable.
  • the lower target temperature ie the lowest cooling temperature, between -170 ° C and -195 ° C, more preferably between -180 ° C and -185 ° C.
  • the temperature to which the workpiece previously cooled to the lower target temperature during the holding phase is preferably between -140.degree. C. and -160.degree.
  • the duration of the interruptions in the cooling phase and / or the warm-up phase according to the invention is in each case between 15 and 60 minutes.
  • the exact time depends on the material of the workpieces to be treated, of the total amount of the workpieces in the cold chamber, their weight and the shape of the components. In principle, the longer the workpieces are, the longer the workpieces must be in the cold chamber and the thicker the workpieces are.
  • the cooling of the workpiece in the cooling phase and / or the warming up of the workpiece in the warm-up phase and / or the multiple warm-up of the workpiece during the holding phase is preferably carried out at a speed between 1K / min and 3 K / min (interruption times not included). This comparatively slow cooling rate ensures that no temperature shock occurs and complete and uniform cooling of the workpiece is achieved.
  • the inventive method follows a heat treatment, in which the workpiece has been heated to a temperature of at least 100 ° C.
  • the method according to the invention is suitable for workpieces made of a metal or a metal alloy.
  • the method is particularly suitable for thin-walled workpieces, such as saw blades made of stainless steel or musical instruments made of brass or nickel silver; however, it is not limited to this.
  • the inventive method in particular the service life of the saw blades and other workpieces is significantly increased, whereby the productivity of the end user and the quality of the product is improved by the manufacturer.
  • a workpiece made of stainless steel, for example 75Cr1, for example a saw blade, is subjected to a cold treatment according to the inventive method after conversion hardening.
  • the workpiece is cooled in a cold chamber with the aid of liquid nitrogen at a rate of 1.5 K / min to a lower target temperature of about -185 ° C (cooling phase).
  • the cooling is interrupted twice at different temperatures and the workpiece for a period of about 30 minutes on the respective Temperature value held (holding phase). For example, the interruption occurs at a first intermediate temperature between -80 ° C and -95 ° C and at a further intermediate temperature between -125 ° C and -140 ° C.
  • the workpiece After reaching the lower target temperature, the workpiece is held for a period of about 10h at this temperature, but meanwhile takes place several times a short-term increase in the temperature of the workpiece to about -150 ° C, and then rapidly cooled back to the lower target temperature , At the end of the holding phase, the workpiece is again warmed slowly, at a rate of 1.5 K / min, to a value of about 35 ° C (upper target temperature), at least once interrupting the warm-up process for a period of about 30 minutes For example, at an intermediate temperature between -80 ° C and -120 ° C.
  • the inventively machined workpiece has a significantly extended life compared to untreated workpieces.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken, bei dem ein Werkstück in einer Kältekammer eine Kältebehandlung durchläuft, umfassend eine Abkühlphase, bei der die Temperatur des Werkstücks auf eine untere Zieltemperatur gesenkt wird, eine anschließende Haltephase, in der das Werkstück im wesentlichen auf der Zieltemperatur gehalten wird, und eine abschließende Aufwärmphase, in der das Werkstück auf eine obere Zieltemperatur gebracht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass während der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase die Abkühlung bzw. die Aufwärmung des Werkstücks mehrfach unterbrochen wird und das Werkstück für eine vorgegebene Zeitdauer auf einer Zwischentemperatur gehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Unter dem Begriff "Härten" eines Metalls versteht man die Erhöhung seiner mechanischen Widerstandsfähigkeit durch gezielte Änderung und Umwandlung seines Gefüges. Ein bekanntes Härtungsverfahren ist die Umwandlungshärtung von Stahl. Hierbei wird das Werkstück auf eine Temperatur von über 723°C erwärmt, sodass sich das bei Raumtemperatur vorliegende α-Eisen (Ferrit) in γ-Eisen (Austenit) umwandelt. Bei einer anschließenden raschen Abkühlung (Abschreckung) ordnen sich die Eisenatome zu einem durch den Kohlenstoff tetragonal verzerrten kubisch- raumzentrierten Kristallgitter an, den sog. Martensit. Eine wichtige Rolle bei dieser Art der Härtung spielt die Abkühlgeschwindigkeit. Je größer die Unterkühlung (Temperaturdifferenz), desto mehr Martensit bildet sich. Weiterhin wichtig ist die chemische Zusammensetzung des Stahls. Vor allem Chrom trägt dazu bei, dass ein Werkstück über den gesamten Querschnitt durchgehärtet werden kann. Um einen Stahl zu härten, muss er einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0.3% besitzen.
    Im industriellen Bereich wird zur Vermeidung von Randoxidation und Entkohlung während der Phase des Aufheizens bis oberhalb der Temperatur der Austenitbildung häufig unter Schutzgasatmosphäre wie Stickstoff, Edelgasen oder im Vakuum gearbeitet. Beim Einsatzhärten wird in die oberflächennahen Bereiche eines ansonsten kohlenstoffarmen Werkstücks vor dem Abschrecken zusätzlicher Kohlenstoff eingebracht, was zu einer harten Randschicht führt, während der Kern zäh bleibt.
  • Die Härte des Werkstücks kann weiter dadurch gesteigert werden, dass im Anschluss an die Wärmebehandlung das Werkstück auf eine Temperatur von -70°C bis -120°C oder sogar -180°C abgekühlt und auf dieser Temperatur eine gewisse Zeit gehalten wird. Dadurch wandelt sich im Gefüge des Werkstücks noch vorhandener Austenit ("Restaustenit") in Martensit um. Ein Verfahren dieser Art wird beispielsweise in der US 6 537 396 B1 beschrieben.
  • Verfahren, bei denen ein Werkstück mittels eines kryogenen Mediums tiefen Temperaturen von -70°C und darunter ausgesetzt wird, wird im Folgenden "Kältebehandlung" genannt.
  • Aus der US 3 819 428 B1 ist ein einer anschließenden Wärmebehandlung vorgängiges Verfahren zum Behandeln von metallischen Werkstücken mit einem kryogenen Medium bei Temperaturen zwischen -80°C und -180°C bekannt.
  • Eine Apparatur zur Durchführung einer Kältebehandlung von Werkstücken wird beispielsweise in der EP 124 29 29 A1 beschrieben. In dieser Druckschrift wird auch eine Kältebehandlung von metallischen Werkstücken, insbesondere Werkstücken aus Stahl beschrieben, die bei der Behandlung auf eine Temperatur von -180°C gebracht und anschließend für eine Dauer von bis zu 48 h auf dieser Temperatur gehalten werden.
  • In dem Artikel von W. Lausecker, "Wie cool ist das - Die Tieftemperaturbehandlung von Zerspanungs-Werkzeugen", Werkzeug-Technik 126, 15. Juni 2012, wird ein Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken, vornehmlich aus Werkzeugstahl, beschrieben, bei dem die Werkstücke sehr langsam auf eine Temperatur von -180°C abgekühlt werden. Anschließend wird das Werkstück mehrmals auf eine Temperatur von etwa -100°C aufgewärmt und wieder auf -180°C abgekühlt. Die Gesamtdauer für eine Behandlung beträgt ca. 15 h. Dieses Verfahren hat sich bewährt, ist jedoch fallweise noch verbesserungsfähig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein alternatives Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken anzugeben.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken, bei dem ein Werkstück in einer Kältekammer durch thermischen Kontakt mit einem kryogenen Kältemittel auf eine tiefe Temperatur gebracht wird, wobei die Kältebehandlung in drei Abschnitten erfolgt, nämlich eine Abkühlphase, während der die Temperatur des Werkstücks auf eine untere Zieltemperatur gesenkt wird, eine Haltephase, in der das Werkstück im wesentlichen auf der unteren Zieltemperatur gehalten wird, und eine Aufwärmphase, in der das Werkstück auf eine obere Zieltemperatur gebracht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass während der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase die Abkühlung bzw. die Aufwärmung des Werkstücks mehrfach unterbrochen wird und das Werkstück für eine vorgegebene Zeitdauer auf einer Zwischentemperatur gehalten wird.
  • Wesentlich für die Erfindung ist also, das die Abkühlung und/oder die Aufwärmung in des metallischen Werkstücks in mehreren Stufen erfolgt, in denen der Abkühl- bzw. der Aufwärmvorgang jeweils gestoppt und die Temperatur für eine gewisse Zeitdauer gehalten wird. Neben der Restaustenitumwandlung bei stählernen Werkstoffen, bei der sich, wie oben skizziert, die Gitterstruktur des Werkstückwerkstoffs ändert, sorgt das erfindungsgemäße Verfahren für eine erhöhte Formstabilität, da in der Regel der Alterungsprozess abgeschlossen wird. Die Entzerrung der Kohlenstoffstruktur sorgt insbesondere bei Schneidwerkzeugen für eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Abrundungsverschleiß. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Wärmleitfähigkeit und Oberflächengleiteigenschaften der Werkstoffe positiv beeinflusst werden. Auch bei anderen Werkstoffen, wie beispielsweise Kupferlegierungen, zeigt das erfindungsgemäße Verfahren positive Effekte.
  • Bei der das Verfahren abschließenden oberen Zieltemperatur handelt es sich um einen Temperaturwert, der geeignet ist, die Kondensation von Wasser aus einer insbesondere bei Normalbedingungen (20°C) vorliegenden Umgebungsatmosphäre zu verhindern. Beispielsweise beträgt die obere Zieltemperatur zwischen 30°C und 40°C, bevorzugt etwa 35°C. Die Gesamtdauer der Behandlung beträgt zwischen 10 und 30 h.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Werkstück mehrfach während der Haltephase erwärmt und anschließend wieder auf die untere Zieltemperatur abgekühlt wird. Beispielsweise erfolgt, ausgehend von einer unteren Zieltemperatur zwischen -170°C und -196°C, eine Erwärmung jeweils auf einen Temperaturwert zwischen -140°C und -160°C. Das anschließende Absenken auf die untere Zieltemperatur erfolgt dabei mit ungefähr der gleichen Abkühlgeschwindigkeit wie in der Abkühlphase, oder mit einer erheblich höheren Abkühlgeschwindigkeit (Abschrecken) von beispielsweise 10-30K/min oder mehr.
  • Die Temperaturwerte, bei der die Unterbrechungen in der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase erfolgen (Zwischentemperaturen), sowie die Zeitdauer der jeweiligen Unterbrechung hängt insbesondere vom eingesetzten Material ab. Beispielsweise erfolgt bei einem aus Stahl gefertigten Werkstück die Unterbrechung der Abkühlphase bevorzugt bei mindestens zwei Zwischentemperaturen, ein erstes Mal, wenn das Werkstück eine Temperatur zwischen -70°C und -90°C aufweist, ein zweites Mal bei einer Temperatur zwischen -110°C und -130°C, wobei Unterbrechungen bei weiteren Zwischentemperaturen, die höher oder tiefer als die genannten Temperaturen liegen, nicht ausgeschlossen sind. Während der Unterbrechungen in der Abkühlphase können im Kristallverband des Werkstückmaterials noch mit einer vergleichsweise hohen Diffusionsgeschwindigkeit Umlagerungsprozesse stattfinden, die die Ausprägung positiver Werkstoffeigenschaften begünstigen und die bei fortschreitender Abkühlung nicht oder nicht vollständig ablaufen könnten.
  • Eine Unterbrechung der Aufwärmphase erfolgt bei einem aus Stahl gefertigten Werkstück bevorzugt dann, wenn das Werkstück eine Temperatur zwischen -100°C und -120°C aufweist. Auch dabei sind weitere Unterbrechungen bei aufeinanderfolgend ansteigenden Zwischentemperaturen des Aufwärmvorgangs vorstellbar.
  • Bevorzugt beträgt die untere Zieltemperatur, also die tiefste Abkühltemperatur, zwischen -170°C und -195°C, besonders bevorzugt zwischen -180°C und -185°C. Die Temperatur, auf die das zuvor jeweils auf die untere Zieltemperatur abgekühlte Werkstück während der Haltephase aufgewärmt wird, beträgt bevorzugt zwischen - 140°C und -160°C.
  • Die Dauer der Unterbrechungen in der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase liegt erfindungsgemäß bei jeweils zwischen 15 und 60 min. Die genaue Zeitdauer hängt dabei vom Material der zu behandelnden Werkstücke, von der Gesamtmenge der Werkstücke in der Kältekammer, deren Gewicht und der Form der Bauteile ab. Grundsätzlich gilt, dass die Unterbrechung umso länger angesetzt werden muss, je schwerer die Werkstücke sind, je mehr Werkstücke in der Kältekammer vorliegen und je dickwandiger die Werkstücke sind.
  • Die Abkühlung des Werkstücks in der Abkühlphase und/oder das Aufwärmen des Werkstücks in der Aufwärmphase und/oder das mehrfache Aufwärmen des Werkstücks während der Haltephase erfolgt bevorzugt mit einer Geschwindigkeit zwischen 1K/min und 3 K/min (Unterbrechungszeiten nicht eingerechnet). Bei dieser vergleichsweise langsamen Abkühlgeschwindigkeit wird sichergestellt, dass es zu keinem Temperaturschock kommt und eine vollständige und gleichmäßige Durchkühlung des Werkstücks erzielt wird.
  • In einer abermals vorteilhaften Ausgestaltung folgt das erfindungsgemäßer Verfahren einer Wärmebehandlung nach, bei der das Werkstück auf eine Temperatur von mindestens 100°C aufgewärmt worden ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für Werkstücke aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Besonders eignet sich das Verfahren für dünnwandige Werkstücke, wie beispielsweise Sägeblätter aus Edelstahl oder Musikinstrumente aus Messing oder Neusilber; es ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere die Standzeit der Sägeblätter und anderer Werkstücke deutlich erhöht, wodurch die die Produktivität beim Endanwender als auch die Wertigkeit des Produktes beim Hersteller verbessert wird.
  • Beispiel:
  • Ein aus Edelstahl, beispielsweise 75Cr1, gefertigtes Werkstück, beispielsweise ein Sägeblatt, wird nach einer Umwandlungshärtung einer Kältebehandlung nach den erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen. Dabei wird das Werkstück in einer Kältekammer unter Zuhilfenahme von Flüssigstickstoff mit einer Geschwindigkeit von 1,5 K/min auf eine untere Zieltemperatur von etwa -185°C gekühlt (Abkühlphase). Die Abkühlung wird dabei zweimal bei unterschiedlichen Temperaturen unterbrochen und das Werkstück für eine Zeitdauer von jeweils etwa 30 min auf dem jeweiligen Temperaturwert gehalten (Haltephase). Beispielsweise erfolgt die Unterbrechung bei einer ersten Zwischentemperatur zwischen -80°C und -95°C und bei einer weiteren Zwischentemperatur zwischen -125°C und -140°C. Nach Erreichen der unteren Zieltemperatur wird das Werkstück für eine Zeitdauer von ca. 10h auf dieser Temperatur gehalten, jedoch findet währenddessen mehrfach eine kurzzeitige Erhöhung der Temperatur des Werkstücks auf ungefähr -150°C statt, um danach rasch wieder auf die untere Zieltemperatur abgekühlt zu werden. Nach Ablauf der Haltephase wird das Werkstück wiederum langsam, mit einer Geschwindigkeit von 1,5 K/min, auf einen Wert von ca. 35°C (obere Zieltemperatur) aufgewärmt, wobei mindestens einmal eine Unterbrechung des Aufwärmvorgangs für eine Zeitdauer von etwa 30min stattfindet, beispielsweise bei einer Zwischentemperatur zwischen -80°C und -120°C.
  • Das erfindungsgemäß bearbeitete Werkstück besitzt gegenüber unbehandelten Werkstücken eine deutlich verlängerte Standzeit.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken, bei dem ein Werkstück in einer Kältekammer durch thermischen Kontakt mit einem kryogenen Kältemittel auf eine tiefe Temperatur gebracht wird, wobei die Kältebehandlung in drei Abschnitten erfolgt, nämlich eine Abkühlphase, während der die Temperatur des Werkstücks auf eine untere Zieltemperatur gesenkt wird, eine Haltephase, in der das Werkstück im wesentlichen auf der Zieltemperatur gehalten wird, und eine Aufwärmphase, in der das Werkstück auf eine obere Zieltemperatur gebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass während der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase die Abkühlung bzw. Aufwärmung des Werkstücks mehrfach unterbrochen und das Werkstück für eine vorgegebene Zeitdauer auf einer Zwischentemperatur gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während der Haltephase mehrfach erwärmt und anschließend wieder auf die untere Zieltemperatur abgekühlt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Zieltemperatur zwischen -170°C und -195°C, bevorzugt zwischen -180°C und -185°C beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, auf die das Werkstück während der Haltephase aufgewärmt wird, jeweils einen zwischen -140°C und -160°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Zieltemperatur zwischen 30°C und 40°C beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Unterbrechung in der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase jeweils zwischen 15min und 60 min beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Werkstücks in der Abkühlphase und/oder das Aufwärmen des Werkstücks in der Aufwärmphase und/oder das mehrfache Aufwärmen des Werkstücks während der Haltephase mit einer Geschwindigkeit zwischen 1 K/min und 3 K/min erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor der Kältebehandlung einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, in der es auf eine Temperatur von mindestens 100°C aufgewärmt wurde.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke aus dünnwandigem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise dünnwandigem Edelstahl oder Messing, gefertigt sind.
EP18177795.4A 2017-07-25 2018-06-14 Verfahren zur kältebehandlung von metallischen werkstücken Active EP3434795B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017007029.6A DE102017007029B4 (de) 2017-07-25 2017-07-25 Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3434795A1 true EP3434795A1 (de) 2019-01-30
EP3434795B1 EP3434795B1 (de) 2021-02-24

Family

ID=62636120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18177795.4A Active EP3434795B1 (de) 2017-07-25 2018-06-14 Verfahren zur kältebehandlung von metallischen werkstücken

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3434795B1 (de)
DE (1) DE102017007029B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553415A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 上海交通大学 一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH572983A5 (en) * 1975-05-01 1976-02-27 Lance James W Sub-zero treatment for altering microstructure of materials - esp for metals polyurethane and nylon involves controlled cooling to avoid cracking, maintaining at the low temp, then warming to r.t
DE2517147A1 (de) * 1975-04-18 1976-10-28 Henry M Jones Verfahren zur tiefsttemperatur- materialbehandlung
US5865913A (en) * 1995-06-19 1999-02-02 300 Below, Inc. Deep cryogenic tempering process based on flashing liquid nitrogen through a dispersal system
US6314743B1 (en) * 1999-09-15 2001-11-13 Cryopro, L.L.C. Cryogenic tempering process for PCB drill bits
WO2009129389A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Coldfire Technology, Llc Cryogenic treatment systems and processes for grinding wheels and bonded abrasive tools

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2219406A1 (de) * 1971-04-22 1972-11-09 The British Oxygen Co. Ltd., London Metallhärtungsverfahren und nach diesem Verfahren hergestelltes Hartmetall
EP1242929A2 (de) * 1999-04-21 2002-09-25 Research Investment Network System, verfahren und hergestellter artikel für den kauf und die verwendung von elektronischen inhalten auf einem medium mit laser-kreisspuren
JP3494958B2 (ja) 2000-06-21 2004-02-09 岩谷産業株式会社 鋼の熱処理方法
US6537396B1 (en) 2001-02-20 2003-03-25 Ace Manufacturing & Parts Company Cryogenic processing of springs and high cycle rate items
EP1842929A1 (de) 2006-04-06 2007-10-10 Linde Aktiengesellschaft Unter Null Schrank für Inline-Behandlung der Metalle
CN103463739B (zh) 2013-07-24 2016-02-17 李旺菊 一种远红外材料的制备方法及设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2517147A1 (de) * 1975-04-18 1976-10-28 Henry M Jones Verfahren zur tiefsttemperatur- materialbehandlung
CH572983A5 (en) * 1975-05-01 1976-02-27 Lance James W Sub-zero treatment for altering microstructure of materials - esp for metals polyurethane and nylon involves controlled cooling to avoid cracking, maintaining at the low temp, then warming to r.t
US5865913A (en) * 1995-06-19 1999-02-02 300 Below, Inc. Deep cryogenic tempering process based on flashing liquid nitrogen through a dispersal system
US6314743B1 (en) * 1999-09-15 2001-11-13 Cryopro, L.L.C. Cryogenic tempering process for PCB drill bits
WO2009129389A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Coldfire Technology, Llc Cryogenic treatment systems and processes for grinding wheels and bonded abrasive tools

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553415A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 上海交通大学 一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017007029A1 (de) 2019-01-31
DE102017007029B4 (de) 2019-02-07
EP3434795B1 (de) 2021-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3354757A1 (de) Verfahren zum online-abschrecken eines nahtlosen stahlrohrs unter verwendung von abwärme und herstellungsverfahren
DE2612736C2 (de) Verfahren zur Bearbeitung von Maschinenteilen aus Stahl
CN105177255B (zh) 一种铁素体‑奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法
EP3132062A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines bandstahls
DE102017007029B4 (de) Verfahren zur Kältebehandlung von metallischen Werkstücken
WO2014162997A1 (ja) 刃物用鋼の製造方法
WO2006013055A1 (de) Verfahren zur wärmebehandlung von werkstücken aus stahl
DE2023064C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Lagerringen
KR100834535B1 (ko) 고경도 고인성 열간공구강의 제조방법
DE102004037074B3 (de) Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl
CN105543715A (zh) 一种高强度耐蚀高氮钢紧固件及其制造工艺
DE10208186C2 (de) Stahl, Vollrad und Radreifen für Schienenfahrzeuge und Verfahren zur Herstellung derartiger Bauelemente
Gebril et al. Effect of tempering on mechanical properties and corrosion rate of medium and high carbon steel
US2363736A (en) Stainless steel process
EP3292223A1 (de) Verfahren zur herstellung von feinblech aus einem nichtrostenden, austenitischen crmnni-stahl
JPS6217125A (ja) 高強度高延性鋼材の製造方法
AT508101B1 (de) Verarbeitungsweise eines stahlhalbzeuges über die ac1-temperatur
CN109487060B (zh) 一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺
JPH07258729A (ja) マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法
AT396073B (de) Verfahren zum warmwalzen und waermebehandeln von stabfoermigem material
WO2017025397A1 (de) Verfahren zum herstellen eines werkzeugstahles
WO2018212155A1 (ja) 刃物用鋼帯の製造方法および刃物用鋼帯
CN112899441A (zh) 一种双相不锈钢复合板的热处理工艺
Hsu Effects of Nb-addition on carburizing treatment for low carbon steel
CN118685603A (zh) 一种带锯条用工具钢及加工工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190730

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: SELDERS, GEORG

Inventor name: POWELL, STEVEN

Inventor name: BOECKLER, THOMAS

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20200923

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 1364518

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20210315

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502018003971

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG9D

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20210224

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210525

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210524

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210524

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210624

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210624

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502018003971

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

RAP4 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: MESSER SE & CO. KGAA

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502018003971

Country of ref document: DE

Owner name: MESSER SE & CO. KGAA, DE

Free format text: FORMER OWNER: MESSER GROUP GMBH, 65812 BAD SODEN, DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: AL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

26N No opposition filed

Effective date: 20211125

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20210630

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210614

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210630

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210614

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210630

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210624

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210630

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210630

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20220614

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20220614

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20180614

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20240630

Year of fee payment: 7

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 1364518

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20230614

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210224

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20230614