DD290665A5

DD290665A5 - Einrichtung zur automatischen waermebehandlung von werkstuecken

Info

Publication number: DD290665A5
Application number: DD89336256A
Authority: DD
Inventors: Olivier Schewel
Original assignee: Stein-Heurtey,Fr
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-06-06
Also published as: FR2640999A1; CA2004761A1; JPH03503187A; DE376832T1; EP0376832A1; GR900300153T1; KR910700358A; ES2016785A4; WO1990007583A1; CN1043958A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Waermebehandlung von Werkstuecken, insbesondere fuer den Maschinenbau wie fuer Kraftfahrzeuge, welche eine Vorwaermvorrichtung, eine Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung sowie eine Haertevorrichtung aufweist. Diese Einrichtung soll so verwendet werden, dasz bei einer Waermebehandlung die Erhaltung oder Verbesserung von wesentlichen Parametern der behandelten Werkstuecke erreicht wird. Die Erfindung wird dadurch geloest, dasz die Einrichtung zu einer Behandlung verwendet wird, die eine Erwaermung, ein Konstanthalten der Temperatur und eine kontrollierte Abkuehlung des Werkstueckes um den Zustand der Oberflaeche, die Maszgenauigkeit sowie das metallurgische Gefuege und die mechanischen Eigenschaften desselben zu erhalten oder zu verbessern, aufweist.{Einrichtung; Waermebehandlung; Werkstueck; Vorwaermevorrichtung; Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung; Haertevorrichtung; Erwaermung; Konstanthalten der Temperatur; Abkuehlung; Oberflaechenzustand; Maszgenauigkeit; metallurgisches Gefuege}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere für den Maschinenbau wie für Kraftfahrzeuge, welche eine Vorwärmvorrichtung, eine Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung sowie eine Härtevorrichtung aufweist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist eine Einrichtung für die thermochemlsche Behandlung von Werkstucken durch das FR-P 2594102 bekannt. Diese Einrichtung weist eine Schleuse für den Durchgang der Werkstücke durch eine kontrollierte Atmosphäre auf, eine Vielzahl Vorrichtungen zur Behandung der Werkstücke, wie insbesondere Vorwärmvorrichtungen, Vorrichtungen für die thermochemische Behandlung, Härtevorrichtungen, wobei alle diese Vorrichtungen in der kontrollierten Atmosphäre angeordnet sind. Die Einrichtung ist mit einer Aufgabeschleuse sowie einer Abgabeschleuse und einen Roboter für den Transport der Werkstücke in der Einrichtung versehen, der die zu behandelnden Werkstücke nacheinander zu den verschiedenen Vorrichtungen bringt.

Es ist weiterhin die französische Patentanmeldung 8713217 bekannt, die eine automatische Einrichtung zur schnellen thermochemischen Behandlung eines Postens von Werkstücken, die insbesondere für den Maschinenbau bestimmt sind, offenbart, welche eine Vielzahl von Behandlungsvorrichtungen wie insbesondere eine Induktionsvorwärmevorrif.htung, thermochemische Behandlungsvorrichtungen, eine Ktrtevorrichtung, ein Mittel zur Auf- und Abgabe der zu Säuion ges'apelten Werkstücken und eine Übergabevorrichtung dieser Säulen zwischen den verschiedenen Vorrichtungen zur Behandlun g der Werkstücke aufweist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur automatischen Wärmebehandlung von Werkstücken so zu verwenden, daß sie zu einer Behandlung eingesetzt wird, welche die Qualität der damit behandelten Werkstücke erhöht.

Darlegung des Wesens dor Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur automatischen Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere für den Maschinenbau wie für Kraftfahrzeuge, welche eine Vorwärmvorrichtung, eine Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung sowie eine Härtevorrichtung aufweist, so zu verwenden, daß bei einer Wärmebehandlung die Erhaltung oder Verbesserung von wesentlichen Parametern der behandelten Werkstücke erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtung zu einer Behandlung verwendet wird, die eine Erwärmung, ein Konstanthalten der Temperatur und eine kontrollierbare Abkühlung des Werkstückes, um den Zustand der Obeifläche, die Maßgenauigkeit sowie das metallurgische Gefüge und die mechanischen Eigenschaften desselben zu erhalten oder zu verbessern, aufweist.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einrichtung zur Behandlung für die Verbesserung des Zustandes der Oberfläche des Werkstückes verwendet wird, daß die Behandlung eine Entgasung durch Temperaturerhöhung unter Vakuum während eines bestimmten Zeitraumes umfaßt.

Es ist aber auch möglich, daß die Behandlung eine Entfettung der Oberfläche durch schnelle Erwärmung in einem Gasstrom aus Wasserstoff und Wasserdampf umfaßt.

Weiterhin kann die Behandlung eine Reduktion der Oberflächenoxide, durch Erwärmen in einem Wasserstoffatom oder eine Wiederherstellung von Kohlenstoff inrandentkohttenZonendurch Erwärmung meinem Gasstrom wie CnHnoderCnHnOnumfassen.

Ein weiteres wichtiges Parameter für dessen Einsatz ist die Maßgenauigkeit eines Werkstückes. Wenn die Einrichtung zur Erhaltung der Maßgenauigkeit eines einer Wärmebehandlung unterzogenen Werkstückes verwendet wird, sind hierfür eine Reihe von Möglichkeiten gegeben.

eine vorteilhafte Behandlung besteht dabei dann, daß sie ein Diffusionsglühen bei einer Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur von Ferrit in Austenit während der Erwärmung und das Konstanthalten auf dieser Temperatur umfaßt.

Es ist auch möglich, daß die Behandlung ein Spannungsfreiglühen durch ein einstündiges Halten auf einer Temperatur von etwa 650°C umfaßt. Weiterhin kann die Behandlung ein Entspannen des Werkstückes durch Erwärmen bzw. Anlassen auf eine Temperatur von etwa 100⁰C bis 200⁰C mit Halten und langsamer Abkühlung umfassen. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, daß die Behandlung ein Glühen zur Stabilisierung durch eine Erwärmung auf eine Temperatur umer derjenigen, bei der sich während der Erwärmung Austenit zu bilden beginnt, und eine schnelle Abkühlung umfaßt.

Die Einrichtung kann weiterhin zur Behandlung für die Erhaltung des metallurgischen Gefüges und der mechanischen Eigenschaften des Werkstückes verwendet werden und die Behandlung umfaßt ein Glühen zur Beseitigung von Verspannungen.

Im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung werden die einzelnen Behandlungsschritte auch kombiniert eingesetzt, damit die Werkstücke als Präzionsteile auch ohne Nachbehandlung einsetzbar sind.

Für die erfindungsgemäße Lösung können die in der FR-P 2594102 und der französischen Patentanmeldung 8713217 offenbarten Einrichtungen eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Lösung besteht darin, daß die Arbeitsschritte zum Erwärmen und Glühen des Werkstückes in der Vorwärmvorrichtung in Form eines Induktionskammerofens durchführbar sind.

Weiterhin ist es möglich, daß das Halten auf einer Temperatur in Abhängigkeit von den Arbeitsschritten in dem Induktionskammerofen oder in der Vorrichtung zurthermochemischen Behandlung durchführbar ist, wenn das Halten bei einer Temperatur über derjenigen erfolgt, bei der während der Erwärmung die Umwandlung der Alphaphase in Austenit aufhört oder in einem Kammerofen mit einstellbarer Temperatur, wenn das Halten bei einer Temperatur erfolgt, die sich von der oberen unterscheidet.

Die Abkühlung des Werkstückes kann in der Härtevorrichtung durch Konvektion, nur durch Abstrahlung oder in einem neutralen Gas mit einstellbarer Temperatur durchführbar sein.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Einrichtung zur automatischen Wärmebehandlung von Werkstücken aus Metall umfaßt eine Vorwärmvorrichtung, eine Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung sowie eine Härtevorrichtung. Dieso sind in ihrem Aufbau von an sich bekannter Diese Vorrichtungen sind in einer Einrichtung zusammengefaßt, die in einem abgeschlossenen Raum angeordnet sind, der

vorzugsweise mit einer Atmosphäre von kontrollierten Zusammensetzungen gefüll. ist. Hierzu ist eine Eingangs- und

Ausgangsschleuse vorgesehen, wobei der Transport zwischen den Vorrichtungen automatisch erfolgt. Die Vorwärmvorrichtung kann dabei als ein Induktionskammerofen ausgebildet sein. Die Werkstücke werden je nach Größe und Aufbau entweder einzeln oder gestapelt durch die Vorrichtungen der Einrichtung

geführt.

In einer derartigen Einrichtung zur automatischen Wärmebehandlung können Werkstücke aus Metall so bearbeitet werden, daß

der Zustand der Oberfläche, die Maßgenauigkeit sowie das metallurgische Gefüge und die mechanischen Eigenschaften den

Anforderungen an den unmittelbaren Einsatz derselben ohne Nachbehandlung entsprechen. Eine derartige vorstehend beschriebene Einrichtung wird zur Behandlung von Werkstücken aus Metall verwendet, damit diese

den genannten Anforderungen entsprechen, wobei diese Behandlung durch folgende Arbeitsgänge gekennzeichnet ist nämlich

Erwärmen, Halten der Temperatur und kontrollierte Abkühlung. Hierbei ist es erforderlich zur Erreichung der geforderten Qualität mehrere Arbeitsschritte in der Einrichtung durchzuführen. Dazu zählt die Behandlung für die Verbesserung des Zustandes der Oberfläche des Werkstückes. Diese Behandlung kann eine Entgasung umfassen. Selbst wenn die Oberfläche des Werkstückes frei von Ablagerungen ist, kann

sie adsorbierte gasförmige Substanzen enthalten, und durch Temperaturerhöhung, Vakuum und Aufrechterhaltung des

Vakuums während eines vorbestimmten Zeitraumes ist es möglich, den Gehalt an diesen gasförmigen Substanzen bedeutend

zu reduzieren.

Es ist auch möglich, eine Entfettung vorzunehmen, die durch eine schnelle Erwärmung in einem Gasstrom aus Wasserstoff und Wasserdampferfolgen kann. Schließlich kann auch zur Verbesserung des Oberflächenzustandes der Teile durch eine Reduktion der Oberflächenoxide

beigetragen werden, die durch eine Erwärmung in einem Wasserstoffstrom oder eine Wiederherstellung von Kohlenstoff inrandentkohlten Zonen durch Erwärmen in Gasströmen wie CnHn oder CnHnOn erfolgen kann. Natürlich können die

Behandlungen für den Erhalt des Oberflächenzustandes der behandelten Teile weitere Arbeitsgänge, wie insbesondere das Bläuen usw. umfassen. Weiterhin kann durch die Behandlung die Erhaltung der Maßgenauigkeit der behandelten Werkstücke gesichert werden. Auftretende Verformungen von Werkstücken bei der Wärmebehandlung sind ein ständiges Problem. Der Ursprung dieser Verformunger, ergibt sich aus drei Hauptursachen:

- Heterogenitäten der Stoffe (Seigerung usw.).

- Beim spanlosen und spanenden Formen erzeugte Spannungen.

- Heterogenitäten durch die Wärmebehandlung.

Die Maßgenauigkeit der behandelten Werkstücke kann durch folgende Arbeitsschritte erreicht werden. Durch Diffusionsglühen bei einer Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur von Ferrit in Austenit während der Erwärmung und Konstanthalten auf dieser Temperatur. Ein Spannungsfreiglühen durch ein einstündiges Halten auf einer Temperatur von etwa 65O⁰C. Ein Entspannen durch Erwärmen bzw. Anlassen auf eine Temperatur von etwa 100 bis 200⁰C mit Halten auf dieser Temperatur

und einem anschließend langsamen Abkühlen.

Ein Glühen zur Stabilisierung durch Erwärmen auf eine Temperatur niedriger als die, bei der die Austenitbildung beginnt,

beispielsweise auf etwa 200⁰C, wobei auf diese Erwärmung eine schnelle Abkühlung erfolgt.

Die Behandlung umfaßt ebenfalls die Erhaltung des metallurgischen Gefüges und der mechanischen Eigenschaften der

behandelten Werkstücke.

Diese Behandlung beinhaltet im wesentlichen ein Glühen zur Beseitigung von Verspannungen. Wie oben bereits näher

ausgeführt, umfassen die verschiedenen erwähnten Arbeitsschritte für die Erhaltung der Qualität des Werkstückes, die

Gegenstand einer Wärmebehandlung sein sollen oder waren, im wesentlichen drei Arten von Arbeitsgängen: Erwärmung, Konstanthaltung der Temperatur und kontrolliertes Abkühlen, für die erfindungsgemäß eine Einrichtung verwendet

wird, die dem Typ entsprechen, wie er in der FR-P 2594102 und der französischen Patentanmeldung 8713217 beschriebenwurde.

Die für das Glühen oder Erwärmen bzw. Anlassen erforderlichen Arbeitsschritte können in der Vorwärmvorrichtung in Form

eines Induktionskammerofens oder bei besonderen Temperaturzyklen in einer oder mehreren Behandlungsvorrichtungenerfolgen.

Das Halten auf der Temperatur kann entsprechend den betreffenden Arbeitsschritten ausgeführt werden, d. h.:

- in dem Induktionskammerofen

- in der Vorrichtungzurthermochemischen Behandlung, wenn das Halten bei einerTemperatur über derjenigen erfolgt, bei der während der Erwärmung in die Umwandlung der Alphaphase in Austenit aufhört,

- in einem Kammerofen mit einstellbarer Temperatur, wenn das Halten bei einerTemperatur erfolgt, die sich von der obigen unterscheidet.

Die Abkühlung des Werkstückes in der Härtevorrichtung durch Konvektion, nur durch Abstrahlung der Wärme oder in einem neutralen Gas mit einstellbarer Temperatur oder mit jedem anderen geeigneten Mittel erfolgen.

Wenn die Behandlung vor der thermochemischen Behandlung oder nach dieser erfolgt, kann sie direkt und automatisch in der Einrichtung erfolgen, ohne daß die Werkstücke dieselbe verlassen müssen.

Natürlich können alle Behandlungen erfindungsgemäß automatisch mit Hilfe einer geeigneten Software erfolgen, wobei die so programmierte Einrichtung folgende Zyklen steuert:

- Umlauf der Werkstücke in der Einrichtung in Abhängigkeit von den verschiedenen vorgesehenen Arbeitsschritten,

- entsprechende Umschaltungen:

• Leistung, Induktionserwärmungszeit,

• Haltetemperatur,

• Kühlungsveränderung.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung gleichzeitig mit ein und derselben Einrichtung abwechselnd Einsatzhärten (geeignete Temperatur und Atmosphäre), Glühen und/oder Entfetten/Entgasen ermöglicht, wobei das Leitsystem der Einrichtung zwei oder mehrere verschiedene Zyklen steuert.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die hier oben beschriebenen Anwendungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß sie alle Varianten umfaßt.

Claims

1. Einrichtung zur automatischen Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere den Maschinenbau wio für Kraftfahrzeuge, welche eine Vorwärmvorrichtung, eine Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung sowie eine Härtevorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zu einer Behandlung verwendet wird, die eine Erwärmung im Konstanthalten der Temperatur und eine kontrollierte Abkühlung des Werkstückes, um den Zustand der Oberfläche, die Maßgenauigkeit sowie das metallurgische Gefüge und die mechanischen Eigenschaften desselben zu er'ialten oder zu verbessern, aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, oidurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Verbesserung des Zustandes der Oberfläche des Werkstückes verwendet wird, und die Behandlung eine Entgasung durch Temperaturerhöhung unter Vakuum während eines vorbestimmten Zeitraumes umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Verbesserung des Zustandes der Oberfläche des Werkstückes verwendet wird, und die Behandlung eine Entfettung der Oberfläche durch schnelle Erwärmung in einem Gasstrom aus Wasserstoff und Wasserdampf, umfaßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Verbesserung des Zustandes der Oberfläche des Werkstückes verwendet wird, und die Behandlung eine Reduktion der Oberflächenoxide, durch Erwärmen in einem Wasserstoffstrom oder eine Wiederherstellung von Kohlenstoff in randentkohlten Zonen, durch Erwärmung in einem Gasstrom wie CnHn oder Cn Hn On erfolgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Erhaltung der Maßgenauigkeit des Werkstückes verwendet wird und die Behandlung ein Diffusionsglühen bei einer Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur von Ferrit in Austenit während der Erwärmung und das Konstanthalten auf dieser Temperatur umfaßt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Erhaltung der Maßgenauigkeit des Werkstückes verwendet wird und die Behandlung ein Spannungsfreiglühen durch ein einstündiges Halten auf einer Temperatur von etwa 650⁰C, umfaßt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Erhaltung der Maßgenauigkeit des Werkstückes verwendet wird und die Behandlung ein Entspannen durch Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 100 bis 200⁰C mit Halten auf dieser Temperatur und langsamer Abkühlung umfaßt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Erhaltung der Maßgenauigkeit des Werkstückes verwendet wird und die Behandlung ein Glühen zur Stabilisierung durch eine Erwärmung auf eine Temperatur unter derjenigen, bei der sich während der Erwärmung Austenit zu bilden beginnt, und eine schnelle Abkühlung umfaßt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Behandlung für die Erhaltung des metallurgischen Gefüges und der mechanischen Eigenschaften des Werkstückes verwendet wird, und die Behandlung ein Glühen zur Beseitigung von Verspannungen umfaßt.

10. Einrichtung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitsschritte zum Erwärmen und Glühen des Werkstückes in der Vorwärmvorrichtung in Form eines Induktionskammerofens durchführbar sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; ß; 7; 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Halten auf einer Temperatur in Abhängigkeit von den Arbeitsschritten in dem Induktionskammerofen oder in der Vorrichtung zur thermochemischen Behandlung durchführbar ist, wenn das Halten bei einer Temperatur über derjenigen erfolgt, bei der während der Erwärmung die Umwandlung der Alphaphase in Austenit auf hört, oder in einem Kammerofen mit einstellbarer Tempratur, wenn das Halten bei einer Temperatur erfolgt, die sich von der obigen unterscheidet.

11. Einrichtung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abkühlung des Werkstückes in der Härtevorrichtung durch Konvektion, nur durch Abstrahlung der Wärme oder in einem neutralen Gas mit einstellbarer Temperatur durchführbar ist.