Influence of Pressure on Vacuum Oil Quenching∗
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E. Troell
Abstract
In low pressure furnaces with oil quenching it is possible to vary the pressure above the quench tank. By regulating the pressure above the tank the pressure inside the bath will be influenced which can affect the cooling characteristics of the oil compared to atmospheric pressure. It has been reported that the length of the vapour phase as well as the boiling phase will be influenced, thus also influencing the distortions [1–3]. An increased pressure in the oil results in a shorter vapour phase. Depending on component geometry and fixturing of the parts during quenching, the presence and behavior of the vapour film will affect distortions of the parts. The possibility to adjust the pressure above the oil bath during quenching introduces a new parameter for adjustment and control of the cooling process.
In order to investigate this phenomenon experiments were conducted in a low pressure furnace with an integrated oil bath. The pressure above the bath could be set between 0.4–1.4 bar (absolute pressure). The following were investigated:
Cooling curves measured with thermocouples in Inconel probes and gear wheels
Distortion of gear wheels after low pressure carburizing
The cooling curves showed no significant difference in cooling characteristics for the investigated pressures above the quench tank. This is contradictory to reported results. One reason can be the influence of agitation as well as type of oil. The influence of agitation on the oil was studied. Depending on analyzed distortion parameter a small impact of the pressure above the oil tank could be noted. The trend was less distortions with a higher pressure in the quench bath. However, when it comes to differences in cooling characteristics between different positions of the gears in the load, there were great variations.
Kurzfassung
In Niederdrucköfen mit Ölabschreckung ist es möglich, den Druck oberhalb des Abschrecktanks zu variieren. Durch das Regulieren des Drucks oberhalb des Tanks wird der Druck im Inneren des Bades beeinflusst, was sich im Vergleich zum Bezugsdruck auf die Kühleigenschaften des Öls auswirken kann. Es wurde berichtet, dass die Länge der Dampfphase sowie die Siedephase beeinflusst werden und folglich auch die Verzüge der Bauteile [1–3]. Ein erhöhter Druck im Öl ergibt eine kürzere Dampfphase. Abhängig von der Bauteilgeometrie und der Fixierung der Teile während des Abschreckens wirkt sich das Vorhandensein und Verhalten des Dampffilms auf den Verzug der Teile aus. Die Möglichkeit, den Druck oberhalb des Ölbades während des Abschreckens anzupassen, stellt einen neuen Parameter für die Anpassung und Steuerung des Kühlprozesses dar.
Um dieses Phänomen zu untersuchen, wurden Versuche in einem Niederdruckofen mit eingebautem Ölbad durchgeführt. Der Druck oberhalb des Ölbades konnte zwischen 0,4–1,4 bar (Absolutdruck) eingestellt werden. Folgendes wurde untersucht:
Kühlkurven gemessen mit Thermoelementen in Inconel-Sonden und Zahnrädern
Verzug der Zahnräder nach dem Niederdruckaufkohlen
Die Kühlkurven zeigten keine signifikanten Unterschiede in den Kühleigenschaften für den untersuchten Druckbereich oberhalb des Abschrecktanks. Dies widerspricht den berichteten Ergebnissen. Ein Grund könnte der Einfluss von Badbewegungen sowie der Öltyp sein. Der Einfluss von Badbewegungen auf das Öl wurde untersucht. Abhängig von den analysierten Verzerrungsparametern konnte eine kleine Auswirkung auf den Druck oberhalb des Öltanks festgestellt werden. Die Tendenz waren geringere Verzüge bei einem höheren Druck im Ölbad. Trotzdem waren betreffend der Unterschiede in den Kühleigenschaften zwischen unterschiedlichen Positionen der Zahnräder in der Charge große Schwankungen vorhanden.
References
1. Funatani, K.: Distortion Control via Optimization of the Cooling Process and Improvement of Quench Oils. Journal of Mechanical Engineering55 (2009) 3, pp. 182–190, open accessSearch in Google Scholar
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