DE1112305B

DE1112305B - Device for the heat treatment of metals by annealing and quenching

Info

Publication number: DE1112305B
Application number: DEK32739A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christof Klein
Original assignee: RUDOLF KELLERMANN DIPL ING
Current assignee: RUDOLF KELLERMANN DIPL ING
Priority date: 1957-08-19
Filing date: 1957-08-19
Publication date: 1961-08-03

Description

Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Metallen durch Glühen und Abschrecken Die Erfindung ist eine jener Vorrichtungen, die zum Wärmebehandeln von Metallen durch Glühen und Abschrecken dienen. Sie betrifft insbesondere eine Wärmebehandlung und Vergütung von Metallen mit flüssigen Abschreckmitteln. Bei einer älteren Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe sind bereits die Glühkammer und der Abschreckbehälter gemeinsam unter Vakuum angeordnet worden und miteinander verbunden worden. Die ganze Vorrichtung wurde zur Förderung des Glühgutes in den Vakuumbehälter kippbar angeordnet. Zur Trennung der Räume voneinander diente nach dem älteren Vorschlag eine Abhebung.Device for the heat treatment of metals by annealing and quenching The invention is one of those devices that are used for heat treating metals serve by annealing and quenching. In particular, it relates to heat treatment and tempering metals with liquid quenchants. With an older device the annealing chamber and the quenching container are already used to solve this problem have been placed together under vacuum and connected to one another. The whole The device was arranged to be tiltable to convey the material to be annealed into the vacuum container. According to the older proposal, a separation was used to separate the rooms from one another.

Die neue Lösung besteht darin, daß zwischen der Glühkammer und dem Abschreckbehälter ein vakuumdichter Absperrschieber vorgesehen ist und daß als Abschreckmittel Stoffe mit niedrigem Dampfdruck, wie Hg, Pb, Woodmetall, vorgesehen sind. Der Vorteil der neuen Vorrichtung besteht in erster Linie darin, daß die Räume nunmehr im Betrieb voneinander trennbar sind. Während früher die Trennbarkeit darin bestand, daß man Gefäße von ihrer Dichtung abziehen und wieder daraufschieben konnte, läßt sich nunmehr während des Betriebes durch den Absperrschieber eine wahlweise Behandlung durch Abschreckmittel in Gestalt von Stoffen mit niedrigem Dampfdruck, wie Hg, Pb und Woodmetall, vornehmen. Eine Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß der Abschreckbehälter geneigt vor dem Auslaß angeordnet ist. Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, Glühkammer und Abschreckbehälter durch einen Krümmer miteinander zu verbinden, in welchem der Absperrschieber angeordnet ist. Für zahlreiche Weiterentwicklungen bietet die neue Bauart verbesserte Lösungen.The new solution is that between the annealing chamber and the Quenching tank a vacuum-tight gate valve is provided and that as a quenching means Substances with low vapor pressure, such as Hg, Pb, Woodmetall, are provided. The advantage the new device consists primarily in the fact that the rooms are now in operation are separable from each other. Whereas earlier separability consisted in the fact that one It is now possible to pull vessels off their seals and then push them back on optional treatment by the gate valve during operation Quenchants in the form of substances with low vapor pressure, such as Hg, Pb and Woodmetall. An improvement of the invention is that the quench tank is arranged inclined in front of the outlet. It has also proven advantageous To connect the annealing chamber and the quenching tank to one another by means of a bend, in which the gate valve is arranged. Offers for numerous further developments the new design improved solutions.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, bei der die gesamte Wärmebehandlung der Metalle, also im wesentlichen das Glühen und das Abschrecken, in beliebiger Atmosphäre oder im Vakuum vorgenommen werden kann, ohne daß zwischen dem Glühen und Abschrecken das Behandlungsgut mit einer anderen Atmosphäre in Berührung kommt. Dabei sind eine ganze Reihe verschiedenartiger Wärmebehandlungen mit einer Vorrichtung durchführbar. Die Wärmebehandlung eines Einsatzes läuft selbsttätig ab.The invention provides an apparatus in which the entire heat treatment of metals, i.e. essentially annealing and quenching, in any Atmosphere or vacuum can be made without any between annealing and quenching the material to be treated comes into contact with another atmosphere. There are a number of different types of heat treatments with one device feasible. The heat treatment of an insert takes place automatically.

Die Wärmebehandlung verschiedener Metalle oder Metallegierungen muß in einem Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden, um unerwünschte Oberflächenreaktionen oder Diffusion von Gasen zu verhindern. Bei den bisher bekannten Vakuumglüh- und Schmelzöfen befinden sich die zu behandelnden Werkstücke nur während der Behandlung mit hohen Temperaturen im Vakuum. Gehärtet wird bei diesen bekannten Öfen aber in der normalen Atmosphäre. Weiterhin sind die üblichen Abschreckmittel, wie Wasser, Öl, Salzlösungen usw., nicht für ein Abschrecken im Vakuum verwendbar, da diese Mittel bei der erforderlichen höheren Temperatur einen zu hohen Partialdruck besitzen.The heat treatment of various metals or metal alloys must in a high vacuum or in a protective gas atmosphere to avoid undesirable To prevent surface reactions or diffusion of gases. With the previously known The workpieces to be treated are only located in vacuum annealing and melting furnaces treatment with high temperatures in a vacuum. These are known to harden Furnaces but in the normal atmosphere. Furthermore, the usual deterrents are such as water, oil, salt solutions, etc., cannot be used for quenching in a vacuum, because this means too high a partial pressure at the required higher temperature own.

Während der Durchführung der Arbeit ist sowohl ein bestimmtes Temperaturprogramm, ein bestimmtes Druckprogramm als auch ein bestimmtes Programm verschiedener Gasatmosphären und Vakuum im Innern der geschlossenen Räume wählbar nach der Erfindung einzustellen. Die Glüh- oder Anwärmebehandlung wird dabei in dem einen Raum und die Abschreck- oder Abkühlvorgänge werden in dem anderen Raum vorgenommen, der mit einem Vorratsbehälter für ein flüssiges Abschreckmedium versehen ist; und dabei wird das eingesetzte Gut im Betrieb von dem einen in den anderen Raum übergeführt, indem beide Räume miteinander gekippt werden und das Gut unter dem Einfluß der Schwerkraft hineinfällt.While the work is being carried out, both a specific temperature program, a certain pressure program as well as a certain program of different gas atmospheres and vacuum in the interior of the closed spaces can be set according to the invention. The annealing or heating treatment is carried out in one room and the quenching or cooling processes are carried out in the other room, the one with a storage container is provided for a liquid quench medium; and the good used is thereby in operation from one room to the other by putting both rooms together be tipped and the material falls into it under the influence of gravity.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Ofen, der Abschreckbehälter und der Behälter für das Abschreckmedium mit Heiz-, Kühl-und Thermoelementen zur genauen Regelung und Oberwachung der Temperatur versehen. Mit Hilfe bekannter Regel- und Steuereinrichtungen wird demzufolge mit Hilfe einer Vorrichtung nach der Erfindung die gesamte Wärmebehandlung selbsttätig durchgeführt.According to an advantageous development of the invention, the furnace is the quenching tank and the tank for the quenching medium with heating, cooling and Provided thermocouples for precise regulation and monitoring of the temperature. With The help of known regulating and control devices is therefore with the help of a device according to the invention, the entire heat treatment carried out automatically.

Der Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung liegt darin, daß z. B. bei der Zwischenstufenvergütung im Vakuum erwärmte Teile beschleunigt abgekühlt werden können, ohne daß sie mit der Normalatmosphäre in Berührung kommen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit läßt sich durch die Temperatur des verwendeten Abschreckmediums regeln. Die nach der Erfindung verwendeten Metallschmelzen haben einen relativ niedrigen Partialdruck und ermöglichen gleichzeitig eine ausreichende Wärmeableitung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in gleicher Weise auch zur Abschreckung unter einer neutralen, regulierbaren Schutzgasatmosphäre verwendet werden. Dabei ist der Druck sowie die Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre beliebig regel- oder einstellbar.The advantage of the device according to the invention is that, for. B. in the interstage remuneration Accelerated parts heated in a vacuum can be cooled without coming into contact with the normal atmosphere. The rate of cooling can be determined by the temperature of the quenching medium used rules. The metal melts used according to the invention have a relatively low one Partial pressure and at the same time allow sufficient heat dissipation. the The device according to the invention can in the same way also serve as a deterrent a neutral, controllable protective gas atmosphere can be used. Here is the Pressure and the composition of the protective gas atmosphere can be regulated or adjusted as required.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich weiterhin die verschiedensten Wärmebehandlungen durchführen; neben der einfachen Zwischenstufenverhütung sei hier nur ein Beispiel genannt: Vakuumentgasung bei sehr hohen Temperaturen, abschreckendem Vakuum auf 300° C, Aufkohlen bei 900° C und im Gasstrom Herunterkühlen auf 850° C sowie darauffolgendes Abschrecken in einem Bad mit 200-- C.With the device according to the invention, the most diverse Perform heat treatments; in addition to the simple interstage contraception, be here just one example: vacuum degassing at very high temperatures, a deterrent Vacuum to 300 ° C., carburizing at 900 ° C. and cooling down to 850 ° in a gas stream C and subsequent quenching in a bath with 200-- C.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment according to the invention is based on the drawings explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung von Metallen in schematischer Darstellung im Längsschnitt.The drawing shows a vacuum furnace for the heat treatment of metals in a schematic representation in longitudinal section.

In der Zeichnung ist ein Vakuumofen allgemein mit 1 bezeichnet und mit einem Abschreckraum 2 durch eine Verbindung 3 vakuumdicht verbunden. An den Abschreckraum 2 ist weiterhin ein Behälter 4 für ein Abschreckmedium 5 in der Weise angebracht, daß er mit dem Abschreckraum 2 in Verbindung steht und beim Kippen der gesamten Vorrichtung um eine Achse 6 das Abschreckmedium 5 in den Abschreckraum 2 einfließen läßt. Das Verbindungsstück 3 zwischen Vakuumofen 1 und Abschreckraum 2 ist winklig ausgeführt, so daß der Abschreckraum 2 gegenüber dem Vakuumofen 1 geneigt angeordnet ist.In the drawing, a vacuum furnace is generally designated 1 and is connected to a quenching space 2 by a connection 3 in a vacuum-tight manner. A container 4 for a quenching medium 5 is also attached to the quenching space 2 in such a way that it communicates with the quenching space 2 and allows the quenching medium 5 to flow into the quenching space 2 when the entire device is tilted about an axis 6. The connecting piece 3 between the vacuum furnace 1 and the quenching space 2 is designed at an angle, so that the quenching space 2 is arranged at an angle with respect to the vacuum furnace 1.

Innerhalb des Vakuumofens 1, der in üblicher Weise mit einer Isolierung 7 und Heizspiralen 8 versehen ist, ist eine Vakuummuffel 9 angeordnet. In die Muffel 9 ist vakuumdicht ein Thermoelement 10 zur Überwachung der Temperatur im Innern der Muffel 9 eingeführt. Die Muffel 9 ist liegend angeordnet und an ihrer dem Thermoelement 10 gegenüberliegenden schmalen Seite vakuumdicht mit dem Verbindungsstück 3 verbunden.A vacuum muffle 9 is arranged inside the vacuum furnace 1, which is provided in the usual manner with insulation 7 and heating coils 8. A thermocouple 10 for monitoring the temperature inside the muffle 9 is inserted into the muffle 9 in a vacuum-tight manner. The muffle 9 is arranged horizontally and is connected to the connecting piece 3 in a vacuum-tight manner on its narrow side opposite the thermocouple 10.

Das Verbindungsstück 3 ist, wie schon gesagt, winklig geformt und mit einem Vakuumabsperrschieber 11 versehen. Beiderseits des Absperrschiebers 11 sind am Verbindungsstück 3 Anschlüsse 12 und 13 für ein Vakuskop sowie für Pumpen vorgesehen. Mit dem Verbindungsstück 3 ist ebenfalls vakuumdicht der Abschreckraum 2 verbunden, der mit einer Isolierung 14 sowie Heizwicklungen 15 zum Kompensieren der Abstrahlungsverluste versehen ist. Der Abschreckraum 2 hat eine etwa zylindrische Form 16 und ist von oben her durch eine Beschickungsöffnung 17 zugänglich. Am Hals des Abschreckraumes 2 ist ein zweckmäßig geformtes Sieb 24 zur Aufnahme des fertigbehandelten Gutes angebracht.As already mentioned, the connecting piece 3 is angularly shaped and provided with a vacuum shut-off valve 11 . On both sides of the gate valve 11 3 connections 12 and 13 for a vacuum and for pumps are provided on the connecting piece. The quenching space 2, which is provided with insulation 14 and heating windings 15 to compensate for the radiation losses, is also connected to the connecting piece 3 in a vacuum-tight manner. The quenching space 2 has an approximately cylindrical shape 16 and is accessible from above through a loading opening 17 . At the neck of the quenching space 2, a suitably shaped sieve 24 is attached to receive the finished product.

Unterhalb des Abschreckraumes 2 ist der Behälter 4 für das Abschreckmedium 5 angeordnet. Er ist ebenfalls mit Isolierung 18 sowie Heiz- und Kühlelementen 19 versehen. Der Innenraum des Behälters 4 ist im wesentlichen kugelig ausgebildet und über die heizbare Verbindung 20 in der Weise mit dem Abschreckraum verbunden, daß diese Verbindung 20 in der dargestellten Normallage der Vorrichtung am tiefsten Punkt in den Abschreckraum einmündet. Im Innern des Behälters 4 sind weiterhin Thermoelemente 21 angeordnet.The container 4 for the quenching medium 5 is arranged below the quenching space 2. It is also provided with insulation 18 and heating and cooling elements 19 . The interior of the container 4 is essentially spherical and connected to the quenching chamber via the heatable connection 20 in such a way that this connection 20 opens into the quenching chamber at the lowest point in the normal position of the device shown. Thermocouples 21 are also arranged in the interior of the container 4.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung nach der Erfindung ist folgendermaßen: Werkstücke 22 befinden sich zum Glühen in der Vakuummuffel 9. Während die Werkstücke 22 hier erwärmt werden, wird die zur Abschreckung verwendete Metallschmelze 5 in den Behälter 4 für das Abschreckmedium durch die Heiz- und Kühlelemente 19 unter Überwachung durch die Thermoelemente 21 auf der gewünschten Temperatur gehalten. Nachdem die Werkstücke 22 in der Vakuummuffel 9 die erforderliche Zeit auf der gewünschten Temperatur gehalten wurden, wird die gesamte Vorrichtung um die Achse 6 gekippt. Dabei tritt die Metallschmelze aus ihrem Vorratsbehälter durch die Verbindung 20 in den Abschreckraum 2 ein. Die Anordnung von Vakuummuffel 9, Abschreckraum 16 und Behälter 4 ist derart, daß die Werkstücke erst dann aus der Muffel 9 herausrutschen, wenn genügend Metallschmelze in den Abschreckraum 16 eingetreten ist. Wird die Vorrichtung nach dem Entleeren der Glühmuffel in die horizontale Lage zurückgedreht, dann strömt die Metallschmelze durch die zweckmäßig ausgebildete Verbindung 23 in ihren Vorratsbehälter 4 zurück. Die Vorrichtung wird weitergekippt, bis die Werkstücke 22 auf dem Sieb 24 liegen und sich ohne Schwierigkeiten durch die Öffnung 17 des Abschreckraumes entnehmen lassen. Während dieser Entnahme wird die Muffel 9 durch den Vakuumschieber 11 verschlossen. Dadurch kann die Pumpleistung der angeschlossenen Pumpen, die auf beiden Seiten des Vakuumschiebers an die Vorrichtung angeschlossen sind, kleiner gehalten werden.The operation of the described arrangement according to the invention is as follows: Workpieces 22 are to be annealed in the vacuum muffle 9. While the workpieces 22 are heated here, the molten metal 5 used for the quenching is in the container 4 for the quenching medium by the heating and cooling elements 19 kept at the desired temperature under the supervision of the thermocouples 21. After the workpieces 22 in the vacuum muffle 9 have been kept at the desired temperature for the required time, the entire device is tilted about the axis 6. The molten metal enters the quenching chamber 2 from its storage container through the connection 20 . The arrangement of the vacuum muffle 9, quenching space 16 and container 4 is such that the workpieces only slide out of the muffle 9 when sufficient molten metal has entered the quenching space 16 . If the device is turned back into the horizontal position after the annealing muffle has been emptied, the molten metal flows back through the appropriately designed connection 23 into its storage container 4. The device is tilted further until the workpieces 22 lie on the sieve 24 and can be removed without difficulty through the opening 17 of the quenching space. During this removal, the muffle 9 is closed by the vacuum slide 11. As a result, the pumping power of the connected pumps, which are connected to the device on both sides of the vacuum slide, can be kept lower.

Zum Durchführen schwieriger Wärmebehandlungen läßt sich das Sieb 24 schwenkbar anordnen, so daß mit wiederholtem Kippen der gesamten Vorrichtung ein abermaliges Anwärmen oder Glühen der Werkstücke in der Muffel 9 und darauffolgendes Abkühlen im Raum 2 erfolgen kann.The sieve 24 can be used to carry out difficult heat treatments arrange pivotable, so that with repeated tilting of the entire device renewed heating or annealing of the workpieces in the muffle 9 and the following Cooling down in room 2 can take place.

Da durch Thermoelemente die Temperaturen in allen drei Räumen überwacht werden, läßt sich ohne weiteres mit bekannten Anordnungen, wie Regel-und Steuereinrichtungen, der gesamte Ablauf einer beliebigen Wärmebehandlung automatisieren, und zwar sowohl das Temperaturprogramm als auch mit Hilfe von Pumpen, Druckschaltern und Ventilen ein Druckprogramm und ein Programm, bei dem verschiedene Atmosphären oder Vakuum nacheinander in den Behandlungsräumen hergestellt werden.Because the temperatures in all three rooms are monitored by thermocouples can easily be done with known arrangements, such as regulating and control devices, automate the entire process of any heat treatment, both the temperature program as well as with the help of pumps, pressure switches and valves a pressure program and a program in which different atmospheres or vacuum are produced one after the other in the treatment rooms.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for heat treatment of metals by Annealing and quenching, the annealing chamber and the quenching vessel together placed under vacuum and interconnected and with the whole device is arranged tiltable to promote the annealing material in the vacuum container, thereby characterized in that a vacuum-tight between the annealing chamber and the quenching container Gate valve is provided and that as a deterrent Fabrics with low vapor pressure, such as Hg, Pb, Woodmetall, are provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the quenching container inclined in front of the Heating chamber outlet is arranged.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the annealing chamber and the quenching tank are connected to one another by a bend, in which the gate valve is arranged.

4. Apparatus according to claim 1, characterized characterized in that the quenching tank, expediently connected to it in blocks, a container for the molten quenching metals or metal alloys is connected is.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the container for the quenching medium can be tilted together with the quenching container and in this way with him is connected that the liquid quenching agent from the bottom into the quenching tank flow and from about the middle of the jacket out of the quenching tank into the The reservoir for the quenchant flow back.

6. Apparatus according to claim 1, characterized by a block-like vessel that contains the quenching container and the Contains containers for the quench media.

7. Apparatus according to claim 1, characterized characterized in that the quenching tank and storage tank for the quenching medium are arranged together tiltable about an axis. B.

Device according to claim 1, characterized in that the tilting device with the lower part of the container for the quench medium is connected.

9. Apparatus according to claim 1, characterized through a filling opening in the highest part of the jacket of the quenching tank.

10. Device according to Claim 1, characterized by one connection each for a vacuum scope as well as for vacuum or gas pumps on both sides of the vacuum gate valve.

11. Device according to claim 1, characterized by the arrangement of cooperating Heating, cooling and thermocouples on furnaces, quenching tanks and containers for the Quenching medium for the coordination of the fixture operation.

12. Apparatus according to claim 1, characterized by a control device for the automatic control of the furnace operation. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1048 285.