DE3734169A1

DE3734169A1 - METHOD FOR WARM BATHING ITEMS FROM ALLOY STEELS

Info

Publication number: DE3734169A1
Application number: DE19873734169
Authority: DE
Inventors: Ewald Schwing; Peter Dr Sommer; Horst Uhrner
Original assignee: Individual
Current assignee: SCHWING, EWALD, 4133 NEUKIRCHEN-VLUYN, DE UHRNER,
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1989-04-27
Also published as: EP0334920A1; WO1989003433A1

Abstract

In the process described, the objects are heated to the austeniting temperature and then quenched in a heated fluidized bed of fluidized solid particles. The fluidization temperature in the fluidized bed is set higher than the martensitic conversion temperature. The solid particles in the fluidized bed are fluidized by a steam-laden fluidizing gas which, according to the invention, is supersaturated with water and/or steam and introduced into the fluidized bed in the form of a mist.

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Warmbadhärten von Gegenständen aus legierten Stählen, bei dem die Gegenstände auf Austenitisierungstemperatur aufgeheizt und an schließend in einem beheizten Wirbelbett aus fluidisierten Feststoff partikeln abgeschreckt werden, wobei in dem Wirbelbett eine Tempe ratur eingestellt wird und die Feststoffpartikel des Wirbelbettes durch ein Wasserdampf enthaltendes Wirbelgas fluidisiert werden.The invention relates generally to a method for Hot-hardening of objects made of alloyed steels, in which the Objects heated to austenitizing temperature and on closing in a heated fluidized solid fluidized bed particles are quenched, with a temperature in the fluidized bed rature is set and the solid particles of the fluidized bed be fluidized by a vortex gas containing water vapor.

Der Einsatz von Wirbelschichten als Abkühlmedium ist bekannt (Zeit schrift für die wirtschaftliche Fertigung (1982), Seiten 411 bis 416). Noch nicht befriedigend gelöst ist jedoch das Warmbadhärten im Wirbelbett. Die Abkühlgeschwindigkeit eines auf eine Temperatur oberhalb der Martensitumwandlungstemperatur aufgeheizten Wirbelbet tes ist für die meisten legierten Stähle zu gering. An Versuchen zur Verbesserung der Abkühlgeschwindigkeit hat es nicht gefehlt. Es wurde versucht, die Abkühlgeschwindigkeit durch Zugabe von Wasser oder Wasserdampf zu verbessern (R. Pulkkinen, in 4TH INTERNATIO NAL CONGRESS ON HEAT TREATMENT OF MATERIALS, 1985, Proceedings, Volume 11, Seiten 1284 bis 1287). Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde ein Wirbelgas mit 30% Luft und 70% überhitztem Dampf ver wendet. Alternativ hat man versucht, die Abkühlungsgeschwindigkeit durch Aufspritzen von Wasser auf die Oberfläche des Wirbelbettes zu verbessern. Die Untersuchungen kommen jedoch zum Ergebnis, daß eine Verbesserung der Abkühlgeschwindigkeit nur dann erreichbar ist, wenn die der Wärmebehandlung ausgesetzten Gegenstände im Wir belbett mit Wasser direkt besprüht werden. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß die Oberfläche der Gegenstände unter die Martensit umwandlungstemperatur abgekühlt wird, was einen unerwünschten Verzug sowie Rißbildung zur Folge haben kann.The use of fluidized beds as a cooling medium is known (time publication for economic production (1982), pages 411 to 416). However, hot bath hardening has not yet been satisfactorily resolved Fluidized bed. The cooling rate of one to a temperature fluidized bed heated above the martensite transformation temperature t is too low for most alloyed steels. Trying to There was no lack of improvement in the cooling rate. It an attempt was made to reduce the cooling rate by adding water or to improve water vapor (R. Pulkkinen, in 4TH INTERNATIO NAL CONGRESS ON HEAT TREATMENT OF MATERIALS, 1985, proceedings, Volume 11, pages 1284 to 1287). As part of these investigations was a fluidizing gas with 30% air and 70% superheated steam turns. Alternatively, the cooling rate has been tried by spraying water onto the surface of the fluidized bed improve. However, the investigations conclude that an improvement in the cooling rate can only be achieved is when the objects exposed to heat treatment are in the we be sprayed directly with water. However, there is the danger that the surface of the objects under the martensite transformation temperature is cooled, which is an undesirable Warping and cracking can result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Ver fahren so weiter auszubilden, daß eine große Abkühlgeschwindigkeit ohne störenden Verzug oder Rißbildung der Gegenstände erreichbar ist.The invention has for its object the generic Ver continue to train so that a great cooling rate can be reached without disruptive distortion or cracking of the objects is.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Wirbelgas mit Wasser und/oder Wasserdampf bis zur Übersättigung angereichert und als Tropfennebel in das Wirbelbett eingeführt wird. Es versteht sich, daß als Wirbelgas vorzugsweise Luft oder Stickstoff eingesetzt wird. Überraschenderweise wird durch die Zugabe des Tropfennebels im Wirbelbett ein die Abkühlgeschwindigkeit verbesserndes Klima erzeugt, ohne daß an der Oberfläche der Gegenstände eine uner wünschte Unterkühlung auftritt. Ein besonders wirksames Klima stellt sich dann ein, wenn das Wirbelgas mit einer Wirbelgaseintrittstempe ratur von 90 bis 95°C in das Wirbelbett eingeführt wird. Eine wei tere Beschleunigung der Abkühlung läßt sich erreichen, wenn auf die Oberfläche des Wirbelbettes zusätzlich Wasser aufgespritzt wird. Während durch das Einspeisen des mit Wasser abgesättigten Wirbel gases im Wirbelbett ein besonderes Klima eingestellt und die Wärme- Übergangsverhältnisse an dem wärmezubehandelnden Gegenstand be einflußt werden, bewirkt das Aufspritzen des Wassers durch den Entzug der Verdampfungswärme eine unterstützende Kühlung des Wirbelbettes insgesamt. Aufgrund der schonenden Abkühlung des zu behandelnden Gegenstandes, bei der eine Unterkühlung ausgeschlossen ist, kann die Wirbelbettemperatur nahe an die Martensitumwandlungs temperatur herangeführt werden, was ebenfalls zu einer beschleunig ten Abkühlung beiträgt. Die Wirbelbett-Temperatur wird so gewählt, wie es bei der Warmbadhärtung üblich ist. Sie liegt z. B. im Tempe raturbereich von 100° bis 550°C. Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung wird eine Wirbelbettemperatur von weniger als 400°C, vor zugsweise von weniger als 320°C, eingestellt. Das Wirbelbettmedium, insbesondere die Partikelgröße, und die Wirbelgasströmungsgeschwin digkeit im Wirbelbett beeinflussen die Abkühlgeschwindigkeit ebenfalls. Besonders gute Ergebnisse werden erreicht, wenn das Wirbelbett aus Al₂O₃-Partikeln mit einem mittleren Korndurchmesser von 50 bis 250 Mikrometern gebildet wird und wenn in dem Wirbelbett eine Wirbel gasströmungsgeschwindigkeit eingestellt wird, die das 2 bis 5-fache der Mindestfluidisierungsgeschwindigkeit beträgt.To achieve this object, the invention teaches that the fluidizing gas enriched with water and / or steam to supersaturation and is introduced into the fluidized bed as a drop mist. It understands air or nitrogen is preferably used as the fluidizing gas becomes. Surprisingly, by adding the drop mist a climate in the fluidized bed which improves the cooling rate generated without an un on the surface of the objects desired hypothermia occurs. A particularly effective climate provides occurs when the fluidizing gas has a fluidizing gas inlet temp temperature of 90 to 95 ° C is introduced into the fluidized bed. A white tter acceleration of the cooling can be achieved if on water is sprayed onto the surface of the fluidized bed. While feeding the vortex saturated with water gases in the fluidized bed have a special climate and the heat Transition conditions on the object to be heat-treated be influenced, causes the water to spray through the Withdrawal of the heat of vaporization supports cooling of the Total fluidized bed. Due to the gentle cooling of the treating object, in which hypothermia is excluded the fluidized bed temperature can be close to the martensite transformation temperature can be brought up, which also accelerates cooling. The fluidized bed temperature is chosen so as is usual with hot bath hardening. It lies z. B. in Tempe temperature range from 100 ° to 550 ° C. After preferred execution of the Invention will have a fluidized bed temperature of less than 400 ° C preferably set at less than 320 ° C. The fluidized bed medium in particular the particle size and the vortex gas flow rate fluidity also influence the cooling rate. Particularly good results are achieved when the fluidized bed is off Al₂O₃ particles with an average grain diameter of 50 to 250 Micrometers is formed and if there is a vortex in the fluidized bed gas flow rate is set which is 2 to 5 times the minimum fluidization rate.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß bei der Warm badhärtung im Wirbelbett eine überraschende Verbesserung der Ab kühlgeschwindigkeit erreicht wird, ohne daß die Gefahr eines stören den Verzugs des der Wärmebehandlung unterworfenen Gegenstandes oder die Gefahr einer Rißbildung auftritt. Das erfindungsgemäße Ver fahren ermöglicht die Warmbadhärtung von martensitischen Chrom stählen und ist fernerhin vorteilhaft anwendbar bei Vergütungsstäh len. In allen diesen Fällen ist eine Härtung ohne störende Perlitbil dung möglich.The advantages of the invention can be seen in the fact that in the warm bath hardening in the fluidized bed a surprising improvement in ab cooling speed is reached without the risk of disturbing the warpage of the object subjected to the heat treatment or there is a risk of cracking. The Ver driving enables hot-bath hardening of martensitic chrome steel and can also be used advantageously in tempered steel len. In all of these cases there is a hardening without annoying pearlite possible.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Zeit-Temperatur-Umwandlungs schaubild (ZTU-Schaubild) eines X20Cr13-Stahles.The invention is described below using an exemplary embodiment explained. The only figure shows a time-temperature conversion diagram (ZTU diagram) of an X20Cr13 steel.

Eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 50 mm sowie einer Länge von 200 mm wurde auf eine Austenitisierungstemperatur von 1050°C aufgeheizt und anschließend in einem beheizten Wirbelbett aus fluidisierten Al₂O₃-Partikeln abgeschreckt. In dem Wirbelbett wurde eine Wirbelbettemperatur von 310°C eingestellt. Als Wirbelgas wurde Luft verwendet, die mit Wasser und Wasserdampf bis zur Über sättigung angereichert wurde. Das Wirbelgas wurde mit einer Wirbelgaseintrittstemperatur von 95°C als Tropfennebel in das Wir belbett eingeführt. Zusätzlich wurde auf die Oberfläche des Wirbel bettes Wasser aufgespritzt.A cylindrical sample with a diameter of 50 mm and a length of 200 mm was heated to an austenitizing temperature of 1050 ° C. and then quenched in a heated fluidized bed made of fluidized Al ₂ O ₃ particles. A fluidized bed temperature of 310 ° C. was set in the fluidized bed. Air was used as the fluidizing gas, which was enriched with water and water vapor until excess saturation. The fluidizing gas was introduced into the fluidized bed with a fluidizing gas inlet temperature of 95 ° C. as a drop mist. In addition, bed water was sprayed onto the surface of the vortex.

Die in der Figur eingetragenen Kurven beschreiben den Abkühlungs verlauf im Kern der Probe sowie an der Oberfläche der Probe. Die Kurve (A) gilt für die zeitliche Änderung der Oberflächentemperatur und die Kurve (B) beschreibt den Temperaturverlauf im Kern der Probe. Man entnimmt der Figur, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit ausreichend groß ist, um die unerwünschte Perlitbildung zu vermei den. Man erkennt fernerhin, daß die Temperaturunterschiede zwischen Kern und Oberfläche der Probe sehr klein sind und eine Unterkühlung an der Oberfläche der Probe nicht auftritt. Dadurch kann im Wirbel bett eine Wirbelbettemperatur eingestellt werden, die nur geringfügig größer ist als die Martensitumwandlungstemperatur.The curves entered in the figure describe the cooling process in the core of the sample and on the surface of the sample. Curve ( A ) applies to the change in surface temperature over time and curve ( B ) describes the temperature profile in the core of the sample. It can be seen from the figure that the cooling rate is sufficiently high to avoid the undesired pearlite formation. It can also be seen that the temperature differences between the core and the surface of the sample are very small and there is no hypothermia on the surface of the sample. As a result, a fluidized bed temperature can be set in the fluidized bed which is only slightly higher than the martensite transformation temperature.

Claims

1. A method for hot-bath hardening of objects made of alloyed steels, in which the objects are heated to austenitizing temperature and then quenched in a heated fluidized bed made of fluidized solid particles, a fluidized bed temperature above the martensite conversion temperature being set in the fluidized bed and the solid particles of the fluidized bed passing through a vortex gas containing water vapor can be fluidized, characterized in that the vortex gas is enriched with water and / or water vapor to the point of supersaturation and is introduced into the fluidized bed as a droplet mist.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Fluidizing gas with a fluidizing gas inlet temperature of 90 to 95 ° C is inserted into the fluidized bed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that Water is additionally sprayed onto the surface of the fluidized bed becomes.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that a fluidized bed temperature of less than 400 ° C, before preferably less than 320 ° C.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fluidized bed is formed from Al ₂ O ₃ particles with an average grain diameter of 50 to 250 microns and that a fluidized gas flow rate is set in the fluidized bed, which the 2- is up to 5 times the minimum fluidization rate.