WO2018206269A1 - Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils sowie anlage dafür - Google Patents

Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils sowie anlage dafür Download PDF

Info

Publication number
WO2018206269A1
WO2018206269A1 PCT/EP2018/060191 EP2018060191W WO2018206269A1 WO 2018206269 A1 WO2018206269 A1 WO 2018206269A1 EP 2018060191 W EP2018060191 W EP 2018060191W WO 2018206269 A1 WO2018206269 A1 WO 2018206269A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
coating
rapid heating
heating
gaseous medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/060191
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Jürgen MAIER
Ulrich Holländer
Kai Möhwald
Bernd-Arno Behrens
Sven HÜBNER
Original Assignee
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover filed Critical Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Publication of WO2018206269A1 publication Critical patent/WO2018206269A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/087—Coating with metal alloys or metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the invention relates to a method for heat treatment of a component with the further features of claim 1.
  • the invention further relates to a system set up for carrying out such a method.
  • a coating for. B. from AISi, applied before the heat treatment.
  • Such coatings could diffuse in previous manufacturing processes in which the heat treatment takes place within a continuous furnace, following the heat treatment, such. B. in DE 10 2014 004 657 A1 discloses.
  • the invention is therefore based on the object to optimize the production steps of a component which is subjected to a heat treatment and a further treatment step, while avoiding the aforementioned disadvantages.
  • a rapid heating by means of a fast heating device, the desired time savings can be achieved in production.
  • a substantially oxygen-free protective atmosphere be created around the component.
  • this protective atmosphere can then take place at least one further treatment step of the component, wherein the heating achieved by the rapid heating of the component can be used for this purpose. Due to the rapid heating also the energy efficiency of the method according to the invention over known methods, such. B. furnace heating, significantly improved.
  • the substantially oxygen-free protective atmosphere does not require the production of a vacuum, but is generated by supplying the gaseous medium.
  • relatively simple equipment can be used, moreover, the generation of the protective atmosphere is relatively quickly feasible, compared to the production of a vacuum.
  • the further treatment step of the component within the substantially oxygen-free protective atmosphere can be carried out essentially at ambient pressure, ie at the usual atmospheric pressure of about 1 bar.
  • the pressure may also differ slightly from the ambient pressure, z. In the range of +/- 10%.
  • the term "atmosphere" of the aforesaid protective atmosphere is not to be understood strictly in the sense that it must be a sealed, environmentally shielded atmosphere
  • the method according to the invention, including the protective atmosphere formed can also be carried out without special environmental shielding measures.
  • this involves the disadvantage that a relatively large amount of gaseous medium has to be supplied since it volatilizes into the environment
  • the machining and the supply of the gaseous medium are shielded within one of the surroundings This chamber need not be sealed to the environment as much as possible, but should limit the outflow of the supplied gaseous medium to low levels.
  • the invention can be displaced by the supplied gaseous medium not only in the region of the intervention site, the air and the associated oxygen, but in addition any residual concentrations of oxygen, which can not be avoided by a pure displacement effect, counteracted by an oxidation at the Surface of the component is prevented.
  • the rapid heating takes place by resistance heating of the component, by irradiation of the component with electromagnetic radiation and / or by direct mechanical contact of the component with the fast heating device.
  • the resistance heating can z. B. by inductive heating or conductive heating.
  • inductive heating electrical energy is inductively fed into the component, ie without galvanic contact.
  • the component heats up by the induced eddy currents.
  • conductive heating the component is galvanically contacted by electrodes. An electric current is then passed through the component through the electrodes, through which the ,
  • Component is heated.
  • an infrared radiator can be used or another high-power radiator.
  • the heating of the component may be similar to a waffle iron, by direct mechanical contact with parts of the rapid heating device heated to the target temperature or slightly above.
  • the heating tool can be protected from scaling.
  • the aforementioned types of rapid heating over the known methods of heating the component in an oven saves time.
  • fast heating processes are more energy efficient than furnace heating.
  • the rapid heating may occur in a period of less than 30 seconds, or less than 20 seconds, or less than 10 seconds, or less than 5 seconds, or less than 2 seconds.
  • the gaseous medium can thus prevent the oxidation of the surfaces mentioned or remove there already existing oxidation, for example, by chemical reactions of the gaseous medium with the other material, or by other physical reactions.
  • the gaseous medium may comprise an oxygen-absorbing precursor substance.
  • the precursor substance is thus suitable for binding oxygen in gaseous form; moreover, it can bind oxygen from an already oxidized surface, ie dissolve it.
  • the surface is deoxidized with it.
  • precursor material is to be understood as meaning both a single chemical element and a compound of chemical elements.
  • the precursor substance can already be provided in gaseous form.As a precursor material, silane can be advantageously used, in particular in the form of monosilane (SiH 4).
  • the silane reacts with the oxygen to be avoided to S1O2, which is obtained in the form of small particles as ceramic dust depending on only in the ppm range and can be easily sucked off.
  • the gaseous medium can be formed solely and completely by the oxygen-absorbing precursor substance. In some cases, however, this can in turn adversely affect the manufacturing process. According to an advantageous development of the invention, it is therefore provided that the gaseous medium has an inert gas and / or inert gas which does not react with oxygen. In this way, the gaseous medium may be at least partially formed by the inert gas and / or inert gas, whereby any undesirable reactions due to excessive concentration of the precursor can be avoided.
  • the inert gas has an antioxidant effect, e.g. an inert gas, e.g. Argon, nitrogen or a mixture thereof.
  • the inert gas serves to displace the air or the interfering oxygen.
  • the shielding gas may e.g. Be nitrogen.
  • the gaseous medium can therefore be formed as a gas mixture.
  • the gaseous medium has a lower concentration of the precursor substance than the concentration of other gas components in the gaseous medium.
  • a suitable adaptation of the gas mixture to the respectively used materials of the component and of tools can take place and the precursor material can be provided only in the concentration required for the oxidation prevention. Possibly. a certain oversupply of the precursors may be discontinued, but should be limited.
  • the precursor substance volume fraction in the gaseous medium amounts to a maximum of 10%. In many cases, a precursor volume fraction of at most 4% is sufficient.
  • the proportion of the precursor substance in the gas - 6 - gen medium is changed, especially in the course of processing of the component is increased.
  • an adaptation of the precursor substance concentration can be carried out as a function of heating parameters or other processing parameters of the component.
  • vapors and / or particles emitted by the component are extracted by means of a suction device.
  • a suction device it is provided that, before the generation of the essentially oxygen-free protective atmosphere during the heating process of the component during the rapid heating, vapors and / or particles emitted by the component are extracted by means of a suction device.
  • the component has been treated with other substances that should not remain permanently on the component. If, for example, a sheet metal removed from a coil is machined as a component, it is covered with an oil film to prevent corrosion. In the course of rapid heating, this oil film is evaporated relatively quickly. The resulting vapors and / or particles can be sucked off easily with the suction device. This process can be carried out without problems prior to the generation of the protective atmosphere, so that the inventive method is not disturbed.
  • the suction device furthermore, the aforementioned ceramic dusts can be extracted, at least for the most part, with them.
  • the component in the further treatment step, is coated with a coating which prevents scaling of the component and prevents a corrosion of the component, a friction-reducing and / or a strength-increasing coating.
  • a coating which prevents scaling of the component and prevents a corrosion of the component, a friction-reducing and / or a strength-increasing coating.
  • the component is optimally prepared for its later use or for further downstream processing steps. If a suitable coating material is used, the coating applied to the component can be welded in the desired manner and is suitable for cathodic electrocoat (KTL - cathodic immersion coating).
  • the coating may in particular cause a passive corrosion protection, for. B. in the form of a nickel-chromium coating.
  • the coating can also have a ⁇
  • the coating can be produced in different ways.
  • a coating additive material can be added to the gaseous medium with which the oxygen-free protective atmosphere is created.
  • the gaseous medium may also already have such a coating additive material. If, for example, silane is supplied to the gaseous medium, this can be used to directly produce a ceramic coating on the component, eg. B. on an aluminum component by the silane reacts with existing oxygen atoms on the component and forms the coating.
  • the coating in the form of a powder coating by gravity, a gas stream or electrostatically applied to the component is another advantageous way of applying the coating.
  • the coating material used can, for. B. be sprayed onto the component or be carried in the gas stream of the gaseous medium.
  • the powder-like coating particles can be statically charged, for example, they are then attracted to the component when it is heated by conductive heating and forms a magnetic field around the component through the guided through the component electrical current.
  • an electrically conductive powder metal powder
  • the melting temperature of the coating material is in the range of the target temperature for the component to be coated, for example in the range of 950-1000 ° C., so that the coating material is correspondingly low melting, which is possible, for example, with NiCr or titanium-based alloys is.
  • the component after application of the coating in a heating state of the component in which the coating has ductile properties, the component is shaped by means of a forming process. In this way, the component can be brought with the already applied coating material in the desired shape, for. B. by a pressing process. Since the coating still has ductile properties, it is not damaged here, in particular, it gets no cracks and does not splinter.
  • the component with the coating in particular after the forming process, is hardened at least in regions by a hardening process.
  • the inventive method can be used for example for the production of high-strength components for vehicles of all kinds, for. As road vehicles or aircraft.
  • the object mentioned at the outset is further achieved by a system designed to carry out a method of the previously described type, comprising at least one rapid heating device for carrying out the rapid heating of the component to a target temperature, at least one feed device for supplying the gaseous medium for producing the at least substantially oxygen-free one A protective atmosphere around the component, and a further treatment station for performing the at least one further treatment step of the component within the substantially oxygen-free protective atmosphere using the heating of the component achieved by the rapid heating.
  • the system has a dispensing device for dispensing a Be Mrsungsmatenals on the component, through the component with a scaling of the component preventing, preventing corrosion of the component, a friction-reducing and / or a strength-increasing Coating is coatable. On In this way, the component is optimally prepared for its later use or for further downstream processing steps.
  • the system has at least one forming device for forming the component. In this way, a further treatment step in the form of forming can be carried out.
  • the system has at least one hardening device for hardening the component.
  • a further treatment step in the form of curing can be carried out.
  • the system may further comprise controllable valves, nozzles and / or flaps, through which the portions of the gaseous medium, in particular the inert gas and / or inert gas and the precursor material, can be fed and / or metered, as well as for the supply of the coating material.
  • the system may further comprise the suction device already mentioned, through which the vapors and / or particles emitted by the component during rapid heating can be sucked off, or other substances supplied, such as the proportions of the gaseous medium and its products, such as the ceramic dust already mentioned not necessarily a coating deterioration. Also unused portions of the supplied coating material can be sucked over this.
  • the invention thus allows for a rapid heating, which can be done within a few seconds, the realization of a substantially error-free outer interface of the component with homogeneous layer thickness, which is possible by the substantially oxygen-free atmosphere with the aim of deoxidizing the surface of the component. Furthermore, the invention makes it possible to adjust the coating properties and process parameters of the component on its coating in a suitable manner to the mold hardening process, so that defects in the coating do not occur in this case. ⁇
  • FIG. 1 shows the process chain of a plant for carrying out a heat treatment process according to the invention
  • Fig. 2 - a coating chamber of the system of FIG. 1 and
  • Fig. 3 the process flow in a temperature-time diagram.
  • the component to be machined is a 10 separated from a coil sheet metal part, z. B. a steel sheet.
  • a cutting machine 2 cutting takes place in such a way that the component 10 is separated from the coil 1.
  • the component 10 is then transported into a coating chamber 3.
  • the coating chamber 3 has a fast heating device 16, which is designed, for example, as a conductive heating device. Accordingly, the component in the rapid heating device 16 is connected to electrodes of the conductive heating device. To carry out the rapid heating is passed through the electrodes and thus through the component, an electric current through which the component relatively quickly, z. B. in a few seconds, heated to a target temperature.
  • the component is further heated by the rapid heating device 16, if not yet the target temperature is reached.
  • a coating material is dispensed onto the component 10 via a delivery device 6 in order to coat the component with a coating against scaling, corrosion, or friction reduction or for increasing the strength.
  • the target temperature may still be present or already slightly below again, as will be explained in more detail below with reference to FIG 3.
  • the formation of an adherent and dense coating on the component 10 as a result of melting or sintering of the powder applied to the surface coating material, which in particular the heat of the heated component itself can be used.
  • the component After carrying out the coating step by the delivery device 6, the component is removed from the coating chamber 3 and fed to a forming device 7, for. B. a press. In the forming device 7, the component is formed into a desired shape. The formed component is then fed to a hardening process 8. Depending on the embodiment of the forming device 7, the hardening process 8 can take place directly in the forming device 7 or in a separate hardening device. After the hardening process 8, the finished component 9 is provided.
  • FIG. 2 shows the component 10 located in the coating chamber 3.
  • the component 10 has already been heated by the conductive heating device 16 to the target temperature.
  • the substantially oxygen-free protective atmosphere is already created by supplying a gaseous medium with the components inert gas and / or protective gas 12 and precursor substance 13.
  • the coating material 14 is supplied via a feed device and sprayed onto the component 10 via a spraying device 11.
  • a suction channel 15 which is connected to the suction device 4, if necessary or permanently, substances are extracted from the coating chamber 3.
  • the system may further comprise a control device, for.
  • a control device for.
  • Example in the form of an electronic control device by which the individual processes such as switching on and possibly a temperature control of the rapid heating device 16, the shutdown of the rapid heating device 16, the switching on and off the feeding of the coating material 14 and the supply of the gas components 12, 13 are controlled , Furthermore, the suction device 4 can thereby be controlled.
  • the component is initially at a low ambient temperature of z. B. 20 ° C is located (reference numeral 20).
  • the component 10 is separated from the coil 1.
  • the coating chamber 3 supplied component 10 is then accelerated by the rapid heating to a target temperature of z. B. 930 ° C heated.
  • This is indicated by the time S in FIG.
  • the reference numeral 21 evacuated vapors and / or particles through the suction device 4.
  • the gaseous medium with the gas components 12, 13 is introduced into the coating chamber 3, which For example, before reaching the target temperature (reference numeral 22) o- on reaching the target temperature (reference numeral 23) can be done. Due to the gaseous medium 12, 13, especially when the precursor substance 13 is admixed, an already existing oxidation on the surface of the component 10 is removed. Therefore, it is advantageous in such cases to let the gaseous medium act on the component 10 somewhat. In this period to the reference numeral 24, in which the target temperature of 930 ° C has already been reached, z. B. a temperature control of the rapid heating device 16 are performed. For example, the coating material 14 can be sprayed on at the time indicated by the reference numeral 24.
  • the coating material forms a continuous, firmly adhering layer on the component 10.
  • the component 10 is supplied from the coating chamber 3 of the forming device 7 and there is the deformation (reference numeral 26). In this case, the component 10 cools significantly.
  • the coating material is advantageously designed so that it still has ductile properties in this temperature range, so that it can survive the forming process without damage.
  • the component is then fed to the hardening process 8 (reference numeral 27), while it continues to cool or is selectively cooled due to the hardening process.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils mit we- nigstens folgenden Schritten: a) Durchführen einer Schnellerwärmung des Bauteils auf eine Zieltemperatur mittels einer Schnellerwärmungseinrichtung, b) Erzeugen einer zumindest im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzat- mosphäre um das Bauteil herum durch Zuführen eines gasförmigen Medi- ums, durch das eine Oxidation an der Oberfläche des Bauteils verhindert und/oder eine dort bereits vorhandene Oxidation entfernt wird, nach Beginn der Schnellerwärmung und vor dem Erreichen der Zieltemperatur oder wenn die Zieltemperatur erreicht ist, c) Durchführen wenigstens eines weiteren Behandlungsschritts des Bauteils in- nerhalb der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre unter Nut- zung der durch die Schnellerwärmung erzielten Erwärmung des Bauteils. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage eingerichtet zur Durchführung eines der- artigen Verfahrens.

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils sowie Anlage dafür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils mit den weiteren Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage eingerichtet zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Wärmebehandlungen an Bauteilen, insbesondere an Metall-Bauteilen, werden in der industriellen Produktion zu vielen Zwecken eingesetzt, z. B. zum Beschichten von Bauteilen, für Umform prozesse (Warmumformung) und/oder zum Härten. Bei korrosionsanfälligen Bauteilen, z. B. Stahlblechen, wird nach derzeitigem Stand der Technik zur Unterdrückung einer Verzunderung und/oder als Korrosionsschutz eine Beschichtung, z. B. aus AISi, vor der Wärmebehandlung aufgebracht. Solche Beschichtungen konnten bei bisherigen Fertigungsprozessen, bei denen die Wärmebehandlung innerhalb eines Durchlaufofens erfolgt, im Nachgang an die Wärmebehandlung eindiffundieren, wie z. B. in der DE 10 2014 004 657 A1 offenbart.
Generell besteht aber ein Interesse an schnellen Fertigungsprozessen und kurzen Taktzeiten der einzelnen Fertigungsschritte. Das Erwärmen solcher Bauteile in einem Durchlaufofen ist dagegen relativ zeitaufwendig. Zudem kann ein Durchlaufofen nicht als energieeffizient angesehen werden. Energieeffizientere Erwärmungsverfahren, die zudem eine Schnellerwärmung des Bauteils ermöglichen, sind z. B. die konduktive Erwärmung oder die induktive Erwärmung. Die bisherigen Beschichtungsmethoden der Bauteile vertragen sich aber nicht mit einer solchen Schnellerwärmung des Bauteils.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellschritte eines Bauteils, das einer Wärmebehandlung sowie einem weiteren Behandlungsschritt unterworfen wird, unter Vermeidung der zuvor genannten Nachteile zu optimieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung mit wenigstens folgenden Schritten:
a) Durchführen einer Schnellerwärmung des Bauteils auf eine Zieltemperatur mittels einer Schnellerwärmungseinrichtung, b) Erzeugen einer zumindest im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre um das Bauteil herum durch Zuführen eines gasförmigen Mediums, durch das eine Oxidation an der Oberfläche des Bauteils verhindert und/oder eine dort bereits vorhandene Oxidation entfernt wird, nach Beginn der Schnellerwärmung und vor dem Erreichen der Zieltemperatur oder wenn die Zieltemperatur erreicht ist,
c) Durchführen wenigstens eines weiteren Behandlungsschritts des Bauteils innerhalb der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre unter Nutzung der durch die Schnellerwärmung erzielten Erwärmung des Bauteils.
Durch das Durchführen einer Schnellerwärmung mittels einer Schnellerwärmungs einrichtung kann die gewünschte Zeitersparnis in der Produktion erzielt werden. Um nun dennoch das Bauteil in geeigneter weise einem weiteren Behandlungsschritt zugänglich zu machen, ohne dass die zuvor erwähnten Probleme bezüglich Korrosion und/oder Verzunderung auftreten, wird vorgeschlagen, dass eine im Wesentlichen sauerstofffreie Schutzatmosphäre um das Bauteil herum geschaffen wird. Innerhalb dieser Schutzatmosphäre kann dann wenigstens ein weiterer Behandlungsschritt des Bauteils erfolgen, wobei die durch die Schnellerwärmung erzielte Erwärmung des Bauteils hierfür genutzt werden kann. Durch die Schnellerwärmung wird zudem die Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren, wie z. B. Ofenerwärmung, deutlich verbessert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die im Wesentlichen sauerstofffreie Schutzatmosphäre nicht die Herstellung eines Vakuums erfordert, sondern durch Zuführen des gasförmigen Mediums erzeugt wird. Auf diese Weise können relativ einfache Apparaturen eingesetzt werden, zudem ist das Erzeugen der Schutzatmosphäre relativ schnell durchführbar, im Vergleich zur Herstellung eines Vakuums. Dementsprechend kann der weitere Behandlungsschritt des Bauteils innerhalb der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre im Wesentlichen bei Umgebungsdruck erfolgen, d. h. bei dem üblichen Atmosphärendruck von ca. 1 bar. Der Druck kann auch geringfügig vom Umgebungsdruck abweichen, z. B. im Bereich von +/- 10 %. Der Begriff der„Atmosphäre" der zuvor erwähnten Schutzatmosphäre ist dabei nicht streng in dem Sinne zu verstehen, dass es eine abgeschlossene, zur Umgebung abgeschirmte Atmosphäre sein muss. Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich der gebildeten Schutzatmosphäre kann auch ohne besondere Abschirmmaßnahmen gegenüber der Umgebung durchgeführt werden. Dies geht allerdings mit dem Nachteil einher, dass eine relativ große Menge an gasförmigem Medium zugeführt werden muss, da dieses sich in die Umgebung verflüchtigt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden daher die spanende Bearbeitung sowie die Zuführung des gasförmigen Mediums innerhalb einer zur Umgebung abgeschirmten Kammer durchgeführt. Diese Kammer muss dabei nicht höchstmöglich gegenüber der Umgebung abgedichtet sein, sollte aber das Abfließen des zugeführten gasförmigen Mediums auf geringe Werte begrenzen.
Erfindungsgemäß kann durch das zugeführte gasförmige Medium nicht nur im Bereich der Eingriffsstelle die Luft und der damit einhergehende Sauerstoff verdrängt werden, sondern zusätzlich etwaigen Rest-Konzentrationen von Sauerstoff, die durch einen reinen Verdrängungseffekt nicht vermieden werden können, entgegengewirkt werden, indem eine Oxidation an der Oberfläche des Bauteils verhindert wird. Hiermit wird nicht nur ein korrosionsanfälliges Bauteil geschützt, es erfolgt zusätzlich ein Schutz verwendeter Werkzeuge, z. B. wenn der weitere Behandlungsschritt eine Zerspanung umfasst. Damit können insbesondere bei einer Hochleistungszerspanung wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Schneidleistung als auch der Standzeit des Werkzeugs erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schnellerwärmung durch Widerstandserwärmung des Bauteils, durch Bestrahlung des Bauteils mit elektromagnetischer Strahlung und/oder durch direkten mechanischen Kontakt des Bauteils mit der Schnellerwärmungseinrichtung erfolgt. Die Widerstandserwärmung kann z. B. durch induktive Erwärmung oder konduktive Erwärmung erfolgen. Bei einer induktiven Erwärmung wird induktiv, d. h. ohne galvanischen Kontakt, elektrische Energie in das Bauteil eingespeist. Das Bauteil erwärmt sich dabei durch die induzierten Wirbelströme. Bei der konduktiven Erwärmung wird das Bauteil durch Elektroden galvanisch kontaktiert. Über die Elektroden wird dann ein elektrischer Strom durch das Bauteil geleitet, durch den das .
- 4 -
Bauteil erwärmt wird. Im Falle der Bestrahlung des Bauteils mit elektromagnetischer Strahlung kann beispielsweise ein Infrarotstrahler verwendet werden oder ein anderer Hochleistungsstrahler. Im Falle der Schnellerwärmung durch direkten mechanischen Kontakt des Bauteils mit der Schnellerwärmungseinrichtung kann das Erwärmen des Bauteils ähnlich wie bei einem Waffeleisen erfolgen, durch direkten mechanischen Kontakt mit auf die Zieltemperatur oder etwas darüber erwärmten Teilen der Schnellerwärmungseinrichtung. Zudem kann durch die Erzeugung einer sauerstofffreien Umgebung das Erwärmungswerkzeug vor einer Verzunderung geschützt werden.
In jedem Fall wird durch die genannten Arten der Schnellerwärmung gegenüber den bekannten Verfahren der Erwärmung des Bauteils in einem Ofen Zeit gespart. Zudem sind Schnellerwärmungsverfahren energieeffizienter als die Ofenerwärmung. Vorteilhafterweise kann die Schnellerwärmung dabei in einem Zeitraum von weniger als 30 Sekunden erfolgen, oder weniger als 20 Sekunden, oder weniger als 10 Sekunden, oder weniger als 5 Sekunden, oder weniger als 2 Sekunden.
Das gasförmige Medium kann somit die Oxidation an den genannten Oberflächen verhindern bzw. eine dort bereits vorhandene Oxidation entfernen, z.B. durch chemische Reaktionen des gasförmigen Mediums mit dem jeweils anderen Material, oder durch sonstige physikalische Reaktionen. Hierfür kann das gasförmige Medium einen Sauerstoff-absorbierenden Präkursorstoff aufweisen. Der Präkursorstoff ist damit geeignet, Sauerstoff in gasförmiger Form zu binden, darüber hinaus kann er Sauerstoff aus einer bereits oxidierten Oberfläche binden, d.h. daraus lösen. Die Oberfläche wird damit entoxidiert. Der Begriff„Präkursorstoff" ist hierbei allgemeingültig zu verstehen und erfasst sowohl ein einzelnes chemisches Element als auch eine Verbindung von chemischen Elementen. Der Präkursorstoff kann bereits in gasförmiger Form bereitgestellt werden. Als Präkursorstoff kann vorteilhaft Silan verwendet werden, insbesondere in Form von Monosilan (SiH4). Dies hat den Vorteil, dass der Präkursorstoff bereits in gasförmiger Form vorhanden ist. Es sind aber auch andere Präkursorstoffe einsetzbar, die nicht in gasförmiger Form bereit stehen, sondern z.B. in Form kleiner und kleinster Partikel einem Trägergas des gasförmigen Mediums zugesetzt werden können. ,_
- 5 -
Das Silan reagiert dabei mit dem zu vermeidenden Sauerstoff zu S1O2, das in Form kleiner Partikel als Keramikstaub je nachdem auch nur im ppm Bereich anfällt und problemlos abgesaugt werden kann.
Das gasförmige Medium kann allein und vollständig durch den Sauerstoff-absor- bierenden Präkursorstoff gebildet sein. In manchen Fällen kann dies aber den Herstellungsprozess wiederum ungünstig beeinflussen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das gasförmige Medium ein Inertgas und/oder Schutzgas aufweist, das nicht mit Sauerstoff reagiert. Auf diese Weise kann das gasförmige Medium zumindest zum Teil durch das Inertgas und/oder Schutzgas gebildet sein, wodurch eventuelle unerwünschte Reaktionen aufgrund zu hoher Konzentration des Präkursorstoffs vermieden werden können. Das Inertgas hat eine antioxdierende Wirkung, es kann z.B. ein inertes Gas sein, z.B. Argon, Stickstoff oder eine Mischung daraus. Das Schutzgas dient zur Verdrängung der Luft bzw. des störenden Sauerstoffs. Das Schutzgas kann z.B. Stickstoff sein. Das gasförmige Medium kann daher als Gasgemisch ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das gasförmige Medium eine geringere Konzentration des Präkursorstoffs als die Konzentration anderer Gasanteile im gasförmigen Medium aufweist. Auf diese Weise kann eine geeignete Anpassung des Gasgemischs an die jeweils verwendeten Materialien des Bauteils und von Werkzeugen erfolgen und der Präkursorstoff nur in der für die Oxidationsvermeidung erforderlichen Konzentration bereitgestellt werden. Ggf. kann ein gewisses Überangebot des Präkursorstoffs eingestellt werden, das sich jedoch in begrenztem Umfang halten sollte.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Präkursorstoff-Volumenanteil im gasförmigen Medium maximal 10% beträgt. In vielen Fällen ist ein Präkursorstoff-Volumenanteil von maximal 4% ausreichend.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Verlaufe der Bearbeitung des Bauteils der Anteil des Präkursorstoffs im gasförmi- - 6 - gen Medium verändert wird, insbesondere im Verlaufe der Bearbeitung des Bauteils erhöht wird. So kann z.B. eine Anpassung der Prakursorstoff-Konzentration in Abhängigkeit von Erwärmungsparametern oder anderen Bearbeitungsparametern des Bauteils durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor der Erzeugung der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre während des Erwärmungsprozesses des Bauteils bei der Schnellerwärmung von dem Bauteil abgegebene Dämpfe und/oder Partikel mittels einer Absaugeinrichtung abgesaugt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Bauteil noch mit anderen Stoffen, die nicht dauerhaft am Bauteil verbleiben sollen, behandelt wurde. Wird zum Beispiel als Bauteil ein aus einem Coil abgetrenntes Stahlblech bearbeitet, so ist dieses zur Vermeidung von Korrosion noch mit einem Ölfilm bedeckt. Im Laufe der Schnellerwärmung wird dieser Ölfilm relativ schnell verdampft. Die dabei entstehenden Dämpfe und/oder Partikel können mit der Absaugeinrichtung problemlos abgesaugt werden. Dieser Vorgang kann ohne Probleme vor dem Erzeugen der Schutzatmosphäre durchgeführt werden, so dass dadurch das erfindungsgemäße Verfahren nicht gestört wird. Durch die Absaugeinrichtung können ferner die zuvor erwähnten Keramikstäube zumindest größtenteils mit abgesaugt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem weiteren Behandlungsschritt das Bauteil mit einer ein Verzundern des Bauteils verhindernden, einer eine Korrosion des Bauteils verhindernden, einer rei- bungsmindernden und/oder einer festigkeitserhohenden Beschichtung beschichtet wird. Auf diese Weise wird das Bauteil optimal für seine spätere Verwendung oder für weitere nachgelagerte Bearbeitungsschritte vorbereitet. Bei Verwendung eines geeigneten Beschichtungsmaterials ist die auf dem Bauteil aufgebrachte Beschichtung in der gewünschten Weise schweißbar und KTL-tauglich (KTL - Katho- dentauchlackierung).
Die Beschichtung kann insbesondere einen passiven Korrosionsschutz bewirken, z. B. in Form einer Nickelchrom-Beschichtung. Die Beschichtung kann auch einen ^
aktiven Korrosionsschutz bewirken, z. B. durch Verwendung eines Titan-basierten Beschichtungsmaterials.
Die Beschichtung kann dabei auf unterschiedliche Arten erzeugt werden. So kann ein Beschichtungs-Zusatzmaterial dem gasförmigen Medium, mit dem die sauerstofffreie Schutzatmosphäre geschaffen wird, beigemischt werden. Das gasförmige Medium kann auch bereits ein solches Beschichtungs-Zusatzmaterial aufweisen. Wird beispielsweise Silan dem gasförmigen Medium zugeführt, so kann hierdurch direkt eine Keramik-Beschichtung auf dem Bauteil erzeugt werden, z. B. auf einem Aluminium-Bauteil, indem das Silan mit am Bauteil vorhandenen Sauerstoffatomen reagiert und die Beschichtung bildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung in Form einer Pulverbeschichtung durch Schwerkrafteinfluss, einen Gasstrom oder elektrostatisch auf das Bauteil aufgetragen wird. Dies ist eine weitere vorteilhafte Art der Aufbringung der Beschichtung. Das verwendete Beschich- tungsmaterial kann z. B. auf das Bauteil gesprüht werden oder im Gasstrom des gasförmigen Mediums mitgeführt werden. Für die elektrostatische Aufbringung können die pul verförmigen Beschichtungspartikel beispielsweise statisch aufgeladen werden, sie werden dann von dem Bauteil angezogen, wenn dieses durch konduktive Erwärmung erwärmt wird und sich durch den durch das Bauteil geführten elektrischen Strom ein Magnetfeld um das Bauteil bildet. Dies kann dadurch ermöglicht werden, dass ein elektrisch leitendes Pulver (Metallpulver) als Be- schichtungsmaterial verwendet wird, das elektrostatisch aufgeladen wird. Von Vor teil ist es außerdem, die erzeugten Magnetfelder um das stromdurchflossene zu beschichtende Bauteil (Blech) gezielt derart auszurichten, dass sich elektrisch geladene Pulverpartikel flächig auf die Bauteiloberfläche legen. Die entsprechend geladenen pulverförmigen Beschichtungspartikel werden von dem Magnetfeld angezogen und verschmelzen auf der Oberfläche des Bauteils zu einer Beschichtung. Von Vorteil ist es außerdem, wenn die Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials im Bereich der Zieltemperatur für das zu beschichtende Bauteil liegt, z.B. im Bereich von 950 - 1000°C), so dass das Beschichtungsmaterial entsprechend niedrig schmelzend ist, was z.B. mit NiCr- oder Titanbasislegierungen möglich ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil nach Aufbringung der Beschichtung in einem Erwärmungszustand des Bauteils, in dem die Beschichtung duktile Eigenschaften aufweist, mittels eines Umformprozesses umgeformt wird. Auf diese Weise kann das Bauteil mit dem bereits aufgebrachten Beschichtungsmaterial in die gewünschte Form gebracht werden, z. B. durch einen Pressvorgang. Da die Beschichtung noch duktile Eigenschaften aufweist, wird sie hierbei nicht beschädigt, insbesondere bekommt sie keine Risse und splittert nicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil mit der Beschichtung, insbesondere nach dem Umformprozess, durch einen Härteprozess zumindest bereichsweise gehärtet wird. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zur Herstellung hochfester Bauteile für Fahrzeuge aller Art eingesetzt werden, z. B. Straßenfahrzeuge oder Luftfahrzeuge.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Anlage eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art, aufweisend wenigstens eine Schnellerwärmungseinrichtung zum Durchführen der Schnellerwärmung des Bauteils auf eine Zieltemperatur, wenigstens eine Zuführeinrichtung für die Zuführung des gasförmigen Mediums zum Erzeugen der zumindest im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre um das Bauteil herum, und eine weitere Behandlungsstation zum Durchführen des wenigstens einen weiteren Behandlungsschritts des Bauteils innerhalb der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre unter Nutzung der durch die Schnellerwärmung erzielten Erwärmung des Bauteils. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlage eine Abgabeeinrichtung zur Abgabe eines Beschichtungsmatenals auf das Bauteil aufweist, durch das Bauteil mit einer ein Verzundern des Bauteils verhindernden, einer eine Korrosion des Bauteils verhindernden, einer reibungsmindern- den und/oder einer festigkeitserhöhenden Beschichtung beschichtbar ist. Auf diese Weise wird das Bauteil optimal für seine spätere Verwendung oder für weitere nachgelagerte Bearbeitungsschritte vorbereitet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlage wenigstens eine Umformeinrichtung zum Umformen des Bauteils aufweist. Hierdurch kann ein weiterer Behandlungsschritt in Form des Umformens durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlage wenigstens eine Härteeinrichtung zum Härten des Bauteils aufweist. Hierdurch kann ein weiterer Behandlungsschritt in Form des Härtens durchgeführt werden.
Die Anlage kann ferner steuerbare Ventile, Düsen und/oder Klappen aufweisen, durch die die Anteile des gasförmigen Mediums, insbesondere das Inertgas und/oder Schutzgas und der Präkursorstoff, eingespeist und/oder dosiert werden können, sowie für die Zuführung des Beschichtungsmaterials. Die Anlage kann ferner die bereits erwähnte Absaugeinrichtung aufweisen, durch die die bei der Schnellerwärmung von dem Bauteil abgegebenen Dämpfe und/oder Partikel abgesaugt werden können, oder sonstige zugeführte Stoffe, wie die Anteile des gasförmigen Mediums und deren Produkte wie der bereits erwähnte Keramikstaub, der nicht zwingend eine Beschichtungsverschlechterung darstellt. Auch nicht genutzte Anteile des zugeführten Beschichtungsmaterials können hierüber abgesaugt werden.
Die Erfindung erlaubt somit bei einer Schnellerwärmung, die innerhalb weniger Sekunden erfolgen kann, die Realisierung einer im Wesentlichen fehlerfreien äußeren Grenzfläche des Bauteils mit homogener Schichtdicke, was durch die im Wesentlichen sauerstofffreie Atmosphäre mit dem Ziel der Desoxidation der Oberfläche des Bauteils möglich ist. Ferner erlaubt es die Erfindung, die Schichteigenschaften und Prozessparameter des Bauteils an seiner Beschichtung in geeigneter Weise auf den Formhärteprozess abzustimmen, so dass es hierbei nicht zu Defekten an der Beschichtung kommt. ^
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 - die Prozesskette einer Anlage zur Durchführung eines erfin- dungsge- mäßen Wärmebehandlungsverfahrens und
Fig. 2 - eine Beschichtungskammer der Anlage gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 - den Prozessablauf in einem Temperatur-Zeit-Diagramm.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Im Beispiel der Figuren 1 und 2 sei angenommen, dass das zu bearbeitende Bauteil 10 ein aus einem Coil 1 abgetrenntes Blechteil ist, z. B. ein Stahlblech. In einer Zuschneideanlage 2 erfolgt ein Zuschneiden derart, dass das Bauteil 10 aus dem Coil 1 abgetrennt wird. Das Bauteil 10 wird dann in eine Beschichtungskammer 3 transportiert. Die Beschichtungskammer 3 weist eine Schnellerwärmungseinrichtung 16 auf, die beispielsweise als konduktive Erwärmungseinrichtung ausgebildet ist. Dementsprechend wird das Bauteil in der Schnellerwärmungseinrichtung 16 mit Elektroden der konduktiven Erwärmungseinrichtung verbunden. Zur Durchführung der Schnellerwärmung wird durch die Elektroden und damit durch das Bauteil ein elektrischer Strom geleitet, durch das sich das Bauteil relativ schnell, z. B. in wenigen Sekunden, auf eine Zieltemperatur erwärmt.
Bei dieser Schnellerwärmung erfolgt gleich zu Beginn ein Absaugen der Luft aus der Beschichtungskammer 3 über eine Absaugeinrichtung 4. Hiermit werden während des Erwärmungsprozesses des Bauteils 10 von dem Bauteil abgegebenen Dämpfe und/oder Partikel abgesaugt. Es wird dann über eine Zuführeinrichtung 5 ein gasförmiges Medium zugeführt, durch das eine im Wesentlichen sauerstofffreie Schutzatmosphäre in der Beschichtungskammer 3 geschaffen wird. Hierbei . .
- 1 1 - wird das Bauteil weiter durch die Schnellerwärmungseinrichtung 16 erwärmt, sofern noch nicht die Zieltemperatur erreicht ist. Nach Erreichen der Zieltemperatur wird über eine Abgabeeinrichtung 6 ein Beschichtungsmaterial auf das Bauteil 10 abgegeben, um das Bauteil mit einer Beschichtung gegen Verzundern, Korrosion, oder Reibungsminderung oder zur Festigkeitserhöhung, zu beschichten. Bei diesem Beschichtungsvorgang kann die Zieltemperatur noch vorliegen oder bereits wieder etwas unterschritten sein, wie nachfolgend anhand der Figur 3 noch näher erläutert wird. Hierbei erfolgt die Bildung einer haftfesten und dichten Beschichtung auf dem Bauteil 10 infolge eines Aufschmelzens bzw. Aufsinterns des pulver- förmig auf die Oberfläche aufgebrachten Beschichtungswerkstoffs, wozu insbesondere die Wärme des aufgeheizten Bauteils selbst genutzt werden kann.
Nach Durchführung des Beschichtungsschritts durch die Abgabeeinrichtung 6 wird das Bauteil aus der Beschichtungskammer 3 entfernt und einer Umformeinrichtung 7 zugeführt, z. B. einer Presse. In der Umformeinrichtung 7 wird das Bauteil in eine gewünschte Form umgeformt. Das umgeformte Bauteil wird dann einem Härteprozess 8 zugeführt. Der Härteprozess 8 kann je nach Ausgestaltung der Umformeinrichtung 7 direkt in der Umformeinrichtung 7 erfolgen oder in einer gesonderten Härteeinrichtung. Nach dem Härteprozess 8 wird das fertig bearbeitete Bauteil 9 bereitgestellt.
Die Figur 2 zeigt das in der Beschichtungskammer 3 befindliche Bauteil 10. Das Bauteil 10 ist durch die konduktive Erwärmungseinrichtung 16 bereits auf die Zieltemperatur erwärmt worden. In der Beschichtungskammer 3 ist bereits durch Zuführung eines gasförmigen Mediums mit den Komponenten Inertgas und/oder Schutzgas 12 und Präkursorstoff 13 die im Wesentlichen sauerstofffreie Schutzatmosphäre geschaffen. Über eine Zuführeinrichtung wird das Beschichtungsmaterial 14 zugeführt und über eine Sprüheinrichtung 1 1 auf das Bauteil 10 aufgesprüht. Hierbei können über einen Absaugkanal 15, der mit der Absaugeinrichtung 4 verbunden ist, bei Bedarf oder permanent Stoffe aus der Beschichtungskammer 3 abgesaugt werden. . _
- 12 -
Die Anlage kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, z. B. in Form einer elektronischen Steuereinrichtung, durch die die einzelnen Abläufe wie das Einschalten und ggf. eine Temperaturregelung der Schnellerwärmungseinrichtung 16, das Abschalten der Schnellerwärmungseinrichtung 16, das Einschalten und Abschalten des Zuführens des Beschichtungsmaterials 14 sowie das Zuführen der Gasanteile 12, 13 gesteuert werden. Ferner kann hierdurch die Absaugeinrichtung 4 gesteuert werden.
Der Ablauf des Verfahrens sowie die Steuerung der einzelnen Komponenten werden nun anhand der Figur 3 beschrieben. Auf der Zeitachse ist erkennbar, dass sich das Bauteil zunächst auf einer niedrigen Umgebungstemperatur von z. B. 20 °C befindet (Bezugszeichen 20). In diesem Zustand wird beispielsweise in der Zuschneideeinrichtung 2 das Bauteil 10 von dem Coil 1 abgetrennt. Das dann der Beschichtungskammer 3 zugeführte Bauteil 10 wird dann durch die Schnellerwärmung auf eine Zieltemperatur von z. B. 930 °C erwärmt. Dies ist in der Figur 3 durch den Zeitabschnitt S gekennzeichnet. Bereits relativ frühzeitig während der Schnellerwärmung S erfolgt ein durch das Bezugszeichen 21 gekennzeichnetes Absaugen entstehender Dämpfe und/oder Partikel durch die Absaugeinrichtung 4. Im weiteren Erwärmungsprozess in der Schnellerwärmungsphase S wird das gasförmige Medium mit den Gasanteilen 12, 13 in die Beschichtungskammer 3 eingeleitet, was beispielsweise vor Erreichen der Zieltemperatur (Bezugszeichen 22) o- der bei Erreichen der Zieltemperatur (Bezugszeichen 23) erfolgen kann. Durch das gasförmige Medium 12, 13 wird, insbesondere wenn der Präkursorstoff 13 zugemischt ist, eine bereits vorhandene Oxidation an der Oberfläche des Bauteils 10 entfernt. Daher ist es in solchen Fällen vorteilhaft, das gasförmige Medium etwas auf das Bauteil 10 einwirken zu lassen. In diesem Zeitraum bis zum Bezugszeichen 24, in dem die Zieltemperatur von 930 °C bereits erreicht ist, kann z. B. eine Temperaturregelung der Schnellerwärmungseinrichtung 16 durchgeführt werden. Zu dem mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichneten Zeitpunkt kann beispielsweise das Beschichtungsmaterial 14 aufgesprüht werden. Es erfolgt dann eine Abkühlung des Bauteils 10 auf eine Temperatur von z. B. 870 °C bis 900 °C. Je nach Art des verwendeten Beschichtungsmaterials 14 erfolgt dann früher oder später eine Erstarrung dieses Beschichtungsmaterials (Bezugszeichen 25), d. h. das Be- ^
schichtungsmatenal bildet eine durchgehende, festhaftende Schicht auf dem Bauteil 10 aus. Danach wird das Bauteil 10 von der Beschichtungskammer 3 der Umformeinrichtung 7 zugeführt und es erfolgt die Umformung (Bezugszeichen 26). Hierbei kühlt sich das Bauteil 10 deutlich ab. Das Beschichtungsmaterial ist dabei vorteilhafterweise so ausgelegt, dass es in diesem Temperaturbereich noch duktile Eigenschaften hat, so dass es den Umformprozess ohne Beschädigung überstehen kann. Das Bauteil wird anschließend dem Härteprozess 8 zugeführt (Bezugszeichen 27), dabei kühlt es weiter ab bzw. wird aufgrund des Härtevorgangs gezielt abgekühlt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils (10) mit wenigstens folgenden Schritten:
a) Durchführen einer Schnellerwärmung (S) des Bauteils (100) auf eine Zieltemperatur mittels einer Schnellerwärmungseinrichtung (16), b) Erzeugen einer zumindest im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre um das Bauteil (10) herum durch Zuführen eines gasförmigen Mediums (12, 13), durch das eine Oxidation an der Oberfläche des Bauteils verhindert und/oder eine dort bereits vorhandene Oxidation entfernt wird, nach Beginn der Schnellerwärmung (S) und vor dem Erreichen der Zieltemperatur oder wenn die Zieltemperatur erreicht ist,
c) Durchführen wenigstens eines weiteren Behandlungsschritts des Bauteils (10) innerhalb der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre unter Nutzung der durch die Schnellerwärmung (S)erzielten Erwärmung des Bauteils (10).
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellerwärmung durch Widerstandserwärmung des Bauteils (10), durch Bestrahlung des Bauteils (10) mit elektromagnetischer Strahlung und/oder durch direkten mechanischen Kontakt des Bauteils (10) mit der Schnellerwärmungseinrichtung erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellerwärmung (S) in einem Zeitraum von weniger als 30 Sekunden erfolgt.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium (12, 13) einen Sauerstoff-absorbierenden Prä- kursorstoff (13) aufweist. - 15 -
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium (12, 13) ein Inertgas und/oder Schutzgas (12) aufweist, das nicht mit Sauerstoff reagiert.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium (12, 13) eine geringere Konzentration des Prä- kursorstoffs (13) als die Konzentration anderer Gasanteile (12) im gasförmigen Medium (12, 13) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Präkursorstoff- Volumenanteil im gasförmigen Medium (12, 13) maximal 10% beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre während des Erwärmungsprozesses des Bauteils (10) bei der Schnellerwärmung (S) von dem Bauteil (10) abgegebene Dämpfe und/oder Partikel mittels einer Absaugeinrichtung (4) abgesaugt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem weiteren Behandlungsschritt das Bauteil (10) mit einer ein Verzundern des Bauteils verhindernden, einer eine Korrosion des Bauteils verhindernden, einer reibungsmindernden und/oder einer festig keitser- höhenden Beschichtung beschichtet wird.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Form einer Pulverbeschichtung durch Schwerkraft- einfluss, einen Gasstrom oder elektrostatisch auf das Bauteil (10) aufgetragen wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) nach Aufbringung der Beschichtung in einem Erwärmungszustand des Bauteils, in dem die Beschichtung duktile Eigenschaften aufweist, mittels eines Umformprozesses umgeformt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) mit der Beschichtung, insbesondere nach dem Um- formprozess, durch einen Härteprozess zumindest bereichsweise gehärtet wird.
13. Anlage eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens eine Schnellerwärmungseinrichtung (16) zum Durchführen der Schnellerwärmung (S) des Bauteils (10) auf eine Zieltemperatur, wenigstens eine Zuführeinrichtung (5) für die Zuführung des gasförmigen Mediums (12, 13) zum Erzeugen der zumindest im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre um das Bauteil (10) herum, und eine weitere Behandlungsstation ( 6, 7, 8) zum Durchführen des wenigstens einen weiteren Behandlungsschritts des Bauteils (10) innerhalb der im Wesentlichen sauerstofffreien Schutzatmosphäre unter Nutzung der durch die Schnellerwärmung (S) erzielten Erwärmung des Bauteils (10).
14. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Abgabeeinrichtung (6) zur Abgabe eines Beschichtungsma- terials (14) auf das Bauteil (10) aufweist, durch das das Bauteil (10) mit einer ein Verzundern des Bauteils verhindernden, einer eine Korrosion des Bauteils verhindernden, einer reibungsmindernden und/oder einer festig keitser- höhenden Beschichtung beschichtbar ist.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens eine Umformeinrichtung (7) zum Umformen des Bauteils (10) aufweist.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens eine Härteeinrichtung (8) zum Härten des Bauteils (10) aufweist.
PCT/EP2018/060191 2017-05-11 2018-04-20 Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils sowie anlage dafür WO2018206269A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017110221.3 2017-05-11
DE102017110221.3A DE102017110221A1 (de) 2017-05-11 2017-05-11 Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils sowie Anlage dafür

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018206269A1 true WO2018206269A1 (de) 2018-11-15

Family

ID=62244452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/060191 WO2018206269A1 (de) 2017-05-11 2018-04-20 Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils sowie anlage dafür

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017110221A1 (de)
WO (1) WO2018206269A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69106788T2 (de) * 1990-06-26 1995-05-18 Daido Machinery Verfahren zum Aufbringen eines Schmiermittelüberzuges auf die Oberfläche eines Schmiedgutes und Schmiedevorrichtung mit einer Einrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittelüberzuges.
EP1830147A1 (de) * 2006-03-03 2007-09-05 Schwartz, Eva Mehrkammer-Durchlaufofen mit Schutzgasbetrieb und Verfahren zum oxidfreien Erwärmen von verzinkten Werkstücken
EP2050526A1 (de) * 2007-10-18 2009-04-22 Linde Aktiengesellschaft Silan oder Boran enthaltende Atmosphäre zum Sintern, Glühen oder Härten
DE102011114764A1 (de) * 2011-10-01 2013-04-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung formgehärteter Bauteile und Durchlaufofen zum Erwärmen einer zum Formhärten vorgesehenen Platine
DE102012001335A1 (de) * 2012-01-25 2013-07-25 Elisabeth Braun Warmumformeinrichtung
WO2015124604A1 (de) * 2014-02-18 2015-08-27 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür
DE102014004657A1 (de) 2014-03-29 2015-10-01 Daimler Ag Bauteil, insbesondere Strukturbauteil, für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2649995B1 (fr) * 1989-07-19 1993-08-13 Air Liquide Procede de siliciuration d'aciers par depot chimique en phase gazeuse
DE4340568C2 (de) * 1993-11-29 1996-04-18 Sendner Thermo Tec Anlagen Gmb Verfahren zum kontinuierlichen Vergüten von Stahldraht
DE102014112448B4 (de) * 2014-06-13 2016-11-24 Benteler Automobiltechnik Gmbh Herstellverfahren für Al-Si-beschichtete Stahlblechteile und Al-Si-beschichtetes Stahlblechband

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69106788T2 (de) * 1990-06-26 1995-05-18 Daido Machinery Verfahren zum Aufbringen eines Schmiermittelüberzuges auf die Oberfläche eines Schmiedgutes und Schmiedevorrichtung mit einer Einrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittelüberzuges.
EP1830147A1 (de) * 2006-03-03 2007-09-05 Schwartz, Eva Mehrkammer-Durchlaufofen mit Schutzgasbetrieb und Verfahren zum oxidfreien Erwärmen von verzinkten Werkstücken
EP2050526A1 (de) * 2007-10-18 2009-04-22 Linde Aktiengesellschaft Silan oder Boran enthaltende Atmosphäre zum Sintern, Glühen oder Härten
DE102011114764A1 (de) * 2011-10-01 2013-04-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung formgehärteter Bauteile und Durchlaufofen zum Erwärmen einer zum Formhärten vorgesehenen Platine
DE102012001335A1 (de) * 2012-01-25 2013-07-25 Elisabeth Braun Warmumformeinrichtung
WO2015124604A1 (de) * 2014-02-18 2015-08-27 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür
DE102014004657A1 (de) 2014-03-29 2015-10-01 Daimler Ag Bauteil, insbesondere Strukturbauteil, für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LÜTZENKIRCHEN-HECHT D ET AL: "Thermal anti-oxidation treatment of CrNi-steels as studied by EXAFS in reflection mode: the influence of monosilane additions in the gas atmosphere of a continuous annealing furnace", JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, vol. 49, no. 15, 1 May 2014 (2014-05-01), Springer [US], pages 5454 - 5461, XP055499506, ISSN: 0022-2461, DOI: 10.1007/s10853-014-8257-5 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017110221A1 (de) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3194635B1 (de) Vorrichtung zur ausbildung von beschichtungen auf oberflächen eines bauteils, bandförmigen materials oder werkzeugs
DE102012212954B4 (de) Kaltgesprühte und wärmebehandelte Beschichtung für Magnesium
EP1844181A1 (de) Verfahren zum kaltgasspritzen
WO2015092008A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum tiegelfreien schmelzen eines materials und zum zerstäuben des geschmolzenen materials zum herstellen von pulver
DE102015008919A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung von metallischen Bauteilen
DE102012211440A1 (de) Kolben
DE102012021031A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung pressgehärteter Blechbauteile
WO2018132854A1 (de) Verfahren zur additiven fertigung
DE3721008A1 (de) Schichtwerkstoff oder schichtwerkstoffelement sowie verfahren zu seiner herstellung durch vakuum-plasma-spritzen
EP3570973B1 (de) Verfahren zur additiven fertigung
EP3211974B1 (de) Verfahren zur herstellung einer schichtstruktur an einem oberflächenbereich eines bauelements und verwendung einer vorrichtung zum durchführung dieses verfahrens
WO2018206269A1 (de) Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils sowie anlage dafür
DE102015008918A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen
EP3175465B1 (de) Verfahren zur herstellung eines permanentmagneten
DE102012108919A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Schichtsystems
EP3322548A1 (de) Vakuum sls verfahren zur additiven herstellung von metallischen bauteilen
DE102016205782A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils
AT501676B1 (de) Verfahren zum herstellen eines schichtverbundwerkstoffes
DE102017124064B4 (de) Verfahren zur lokalen beeinflussung von eigenschaften eines bauteils und bauteil umfassend einen porösen grundwerk-stoff und einen zusatzwerkstoff
EP2468914A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenspritzen
DE102016106679A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten Stahlprodukts
EP3221474B1 (de) Verfahren zum warm- oder halbwarmumformen eines werkstücks und fertigungsanlage zum warm- oder halbwarmumformen eines werkstücks
EP2974804B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum reinigen eines porösen werkstoffes
DE102018001213A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur generativen Herstellung dreidimensionaler Körper auf einem Träger
DE102018206646B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung zumindest einer Faser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18726923

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18726923

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1