Prozessmöglichkeiten zur gezielten Einstellung des Gasabschreckens*
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R. R. Schmidt
Kurzfassung
Das Abschrecken von Bauteilen mit Gasen hat gegenüber der Abschreckung in flüssigen Medien wesentliche Vorteile, wie z.B. ein reduziertes Sicherheitsrisiko, eine höhere Umweltverträglichkeit, die Möglichkeit einer direkten Beeinflussung des Härteergebnisses und einen stabileren Abkühlverlauf, was insgesamt zu einem sichereren und einem besser beherrschbaren Abschreckprozess führt.
In diesem Beitrag werden prozesstechnische Varianten des Gasabschreckprozesses vorgestellt, um gezielt das Ergebnis der Hochdruckgasabschreckung beeinflussen zu können. Zum einen werden strömungsbeeinflussende Einbauten in der Abschreckvorrichtung diskutiert, die die Möglichkeit bieten, lokal an den abzuschreckenden Bauteilen den Wärmeübergang zu steuern. Zum anderen wird eine Methode präsentiert, um werkstoffabhängige Abschreckergebnisse beim Hochdruckgasabschrecken vorherzusagen, um so den Abschreckprozess gezielt an die jeweilige Werkstoffzusammensetzung anpassen zu können. Hierbei wird auf wiederholte Abkühlmessungen in den Anlagen und chemische Analysen des verwendeten Stahls verzichtet. Mit Hilfe von zu ermittelnden Korrelationsdiagrammen können geeignete Prozessparameter, insbesondere die Gasart, der Systemdruck und der Volumenstrom, anhand der Härteforderungen gezielt angepasst und eingestellt werden. Auf diese Weise wird die Energieeffizienz des Gasabschreckprozesses weiter erhöht.
Abstract
The use of gaseous quenching media has several advantages compared to quenching with liquids: a lower security risk, environmental sustainability, the possibility of a better control of the quenching and a more stable cooling curve, leading to a better controllable quenching process.
In this contribution, quenching process variations are presented in order to directly influence the results of the high pressure gas quenching process. Firstly, flow modifying baffles in the quenching apparatus are analysed that allow the local adaptation of the gas flow pattern to the specimen surface and therefore to control the local heat transfer rates. On the other hand, a method is presented to predict material depending quenching results with the high pressure gas quenching process without repetitive cooling measurements in the quenching facility and without chemical steel analyses. By means of empirically determined correlations, suitable process parameters as gas type, system pressure or volumetric gas flow rate may be selected according to the specific hardness demand. The energy efficiency of the gas quenching process is enhanced in this way.
Literature
1. Schmidt, R.; Fritsching, U.: Homogenization of hardness distribution and distortion in high pressure gas quenching, Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 37 (2006) 1, S. 103–109Suche in Google Scholar
2. Schmidt, R.; Fritsching, U.: Strömungsführung zur Homogenisierung des Härteergebnisses in Wärmebehandlungsanlagen bei der Hochdruck-Gasabschreckung. Abschlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben 13840 (FOGI FV 682), 2007Suche in Google Scholar
3. Schmidt, R.; Fritsching, U.: Homogenisierung des Wärmebehandlungsergebnisses bei der chargenweisen Hochdruckgasabschreckung. HTM J. Heat Treatm. Mat.63 (2008) 1, S. 6–14Suche in Google Scholar
4. Schmidt, R.; Fritsching, U.: Quenching homogeneity and intensity improvement in batch mode high pressure gas quenching. J. ASTM Int.6 (2009) 4, ASTM Digital Library. – DOI: 10.1520/JAI10178210.1520/JAI101782Suche in Google Scholar
5. Wünning, J.: Abschreckhärtung von Serienteilen in Gasdüsenformen. HTM Härterei-Techn. Mitt.48 (1993) 4, S. 199–204Suche in Google Scholar
6. Edenhofer, B.; Bless, F.; Peter, W.; Bouwman, J. W.: The Evaluation of Gas Quenching in today's Heat Treatment Industry. Proc. 11th IFHTSE Congress, 19.-21.10.98, 19–21, Florenz/I, 1998, S. 151–160Suche in Google Scholar
7. Schüttenberg, S.; Frerichs, F.; Hunkel, M.; Fritsching, U.: Process technology for distortion compensation by means of gas quenching in flexible jet fields. Int. J. Mater. Product Technol.24 (2005) 1–4, S. 259–269Suche in Google Scholar
8. Bergmann, D.; Heck, U.; Fritsching, U.; Bauckhage, K.: Heat Transfer and Cooling Characteristics of Individual Parts Gas Quenching. Proc. 3rd Int. Conf. on Quenching and Control of Distortion, 24.-26.03.99, Prag/CZ, 1999, S. 62–71Suche in Google Scholar
9. Brzoza, M.; Specht, E.; Ohland, J.; Lübben, Th.; Belkessam, O.; Fritsching, U.; Mayr, P.: Düsenfeldanpassung bei der flexiblen Gasabschreckung – Vergleichmäßigung des Härteergebnisses am Beispiel einer abgesetzten Welle. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung60 (2005) 3, S. 164–172Suche in Google Scholar
10. Gondesen, B.; Heck, U.; Fritsching, U.; Lübben, Th.; Hoffmann, F.; Mayr, P.: Flexible Gasabschreckung als Ersatz für die Ölabschreckung. Abschlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben 10087 (FOGI FV 655), 1996Suche in Google Scholar
11. Gondesen, B.; Heck, U.; Lübben, Th.; Fritsching, U.; Hoffmann, F.; Bauckhage, K.; Mayr, P.: Optimierung der Einzelteilabschreckung im Düsenfeld, Teil 1. HTM Härterei-Techn. Mitt.53 (1998) 2, S. 87–92Suche in Google Scholar
12. Ohland, J.; Belkessam, O.; Lübben, Th.; Fritsching, U.; Mayr, P.; Brzoza, M.; Specht, E.: Härten von Werkstücken mit komplexer Geometrie und Minimierung des Verzuges durch flexible Gasabschreckung. Abschlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben 12012 B (FOGI FV 662), 2002Suche in Google Scholar
13. Stahlinstitut VDEh (Hrsg.): Stahl-Eisen-Liste: Register europäischer Stähle. 11 Aufl., Verl. Stahleisen, Düsseldorf, 2003Suche in Google Scholar
14. Lohrmann, M.: Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Vorausbe- stimmung des Wärmebehandlungsergebnisses beim Hochdruckgasabschrecken. Dissertation, Universität Bremen, 1996Suche in Google Scholar
15. Lübben, Th.; Lohrmann, M.; Segeberg, S.; Sommer, P.: Erarbeitung einer Richtlinie zur Wärmeübergangsbestimmung beim Gasabschrecken. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung57 (2002) 2, S. 123–131Suche in Google Scholar
16. Le Masson, P.; Loulou, T.; Artioukhine, E.; Rogeon, P., Carron, D.; Quemener, J.-J.: A numerical study for the estimation of a convection heat transfer coefficient during a metallurgical “Jominy end-quench” test. Int. J. Therm. Sci.41 (2002), S. 517–527Suche in Google Scholar
17. Maizza, G.; Matteis, P.: Jominy End-Quench Test of Multiphase Steels by Means of Comsol Script. COMSOL Conf., 2007.10.23–24, Grenoble/CH, user presentation and proceedings CD, COMSOL Inc., 2007 on CDSuche in Google Scholar
18. Hömberg, D.: A numerical simulation of the Jominy end-quench test. Acta mater.44 (1996) 11, S. 4375–4385Suche in Google Scholar
19. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (Hrsg.): VDI-Wärmeatlas. Springer-Verlag, Berlin, 2006Suche in Google Scholar
20. Stich, A.: Wechselwirkung zwischen Bauteil, Wärmeübergang und Fluid beim Abschreckhärten. Dissertation, TU München, 1994Suche in Google Scholar
21. Blickwede, D. J.: Discussion in: Chapman, R. D.; Jominy, W. E.: A method for determining the continuous cooling transformations in steels. Trans. ASM47 (1955), S. 869–891Suche in Google Scholar
22. Smoljan, B.: Numerical Simulation of As-Quenched Hardness in a Steel Specimen of Complex Form. Commun. Numer. Meth. Engng.14 (1998), S. 277–285Suche in Google Scholar
23. Brandis, H.; Preisendanz, H.; Gilhaus, F. J.: Temperaturverteilung in Stirnabschreckproben bei der Abkühlung. DEW Tech. Ber.3 (1963), S. 150–157Suche in Google Scholar
24. Rose, A.; Hougardy, H.: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle. Verl. Stahleisen, Düsseldorf, 1972Suche in Google Scholar
25. Wünning, J.: Berechnung und Steuerung des Temperaturverlaufs beim Abschrecken von Stahl in Wasser und Öl. HTM Härterei-Techn. Mitt.36 (1981) 5, S. 231–241Suche in Google Scholar
26. Hunkel, M.; Lübben, Th.; Hoffmann, F.; Mayr, P.: Using the jominy end-quench test for validation of thermo-metallurgical model parameters. J. Phys. IV France120 (2004), S. 571–579Suche in Google Scholar
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- Schwingfestigkeit schwefellegierter, sprühkompaktierter Stähle*
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- Grundlegende Untersuchungen zur Erzeugung von Druckeigenspannungen durch Hochgeschwindigkeits-Abschrecken
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- Wear of diffusion hardened Ti-6Al-4V sliding against alumina
- Einflüsse der Gesenkschmiede-Prozessparameter auf die dynamische Belastbarkeit von Bauteilen aus dem Werkstoff C45 im Dauerschwingversuch
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