(57)【要約】  本発明は、半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるため、特に乾燥状態でベイナイト化させるための装置であって、焼き入れチャンバが設けられており、加工流れでみて下流側に続いて配置された組織変態チャンバが設けられており、両チャンバの内室が、少なくとも材料組織を変態させるための該当する方法ステップの間、ガス正圧で負荷されるようになっている形式のものに関する。その特徴とするところによれば、半製品を焼き入れチャンバから組織変態チャンバに移動する間、半製品に作用する最低ガス正圧を維持するための手段が設けられている。
2009515133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるため、特に乾燥状態でベイナイト化させるための装置であって、
焼き入れチャンバが設けられており、加工流れでみて下流側に続いて配置された組織変態チャンバが設けられており、両チャンバの内室が、少なくとも材料組織を変態させるための該当する方法ステップの間、ガス正圧で負荷されるようになっている形式のものにおいて、
半製品を焼き入れチャンバから組織変態チャンバに移動する間、半製品に作用する最低ガス正圧を維持するための手段が設けられていることを特徴とする、半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるための装置。
【請求項２】
最低ガス圧を維持するための手段が、焼き入れチャンバと組織変態チャンバとの間に、ドアを備えた仕切壁を有している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
最低ガス圧を維持するための手段が、焼き入れチャンバと組織変態チャンバとの間に、個別的に移動可能な圧力チャンバを有している、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
焼き入れチャンバと変態チャンバとに、各プロセスステップを実施するために、大体において同じガス圧が作用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
焼き入れチャンバと変態チャンバとの間に、各プロセスステップを実施するために、有利には約３：１を超えない圧力比が作用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
組織変態チャンバが、加熱装置および／または冷却装置を備えている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
変態チャンバのための温度調整装置が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
組織変態チャンバが、ガス循環装置を備えている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
半製品を移動させるための搬送装置が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
搬送装置の搬送速度が、少なくとも半製品の移動に要する時間が焼き入れ過程の終了とそこで行われる組織変態に基づく半製品温度の明確な上昇との間に経過する時間よりも短くなるような、大きさを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
圧力出入口が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
プロセス流れでみて組織変態チャンバの下流側に配置された、標準圧力で負荷される温度調整チャンバが設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の、半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるための装置に関する。
【０００２】
従来技術
金属の構成要素の材料特性を改善するために、熱処理法によって材料組織に影響を及ぼすことが公知である。多数の金属のうち、そのような処理法にとって、特に鋼が適しており、鋼のうちたとえば１００Ｃr６は、多くの場合そのような中間段階熱処理法で処理される。
【０００３】
１００Ｃr６に関して述べると、たとえば先ず約８５０度の温度範囲に材料加熱が行われ、その結果材料にいわゆるオーステナイト組織が形成される。次いでそのように加熱された構成要素は、中間段階熱処理温度に急冷する必要がある。ここでは約２２０度の温度範囲が有利であり、この場合いわゆるベイナイト組織が形成される。この温度は、いわゆるマルテンサイト変態開始温度の少し上に位置しており、材料は、組織変態プロセスの間、決してこの温度に冷却してはならない。なぜならば所望の、特に有利なベイナイト組織に極めて不都合な影響が及ぼされるからである。
【０００４】
これに関してドイツ連邦共和国特許第１００４４３６２号明細書から変態装置構想が解され、ここでは焼き入れしようとする構成要素（これは半製品とも呼ばれる）は、焼き入れされ、変態温度で捕捉されたあとで、加熱された搬送キャリッジに移送され、搬送キャリッジによって、焼きなまし炉に搬送される。
【０００５】
このために構成要素は、移送に際してガス正圧下の焼き入れ室から取り出されて、搬送キャリッジによって、プロセス流れでみて下流側に配置された後続の変態チャンバに搬送され、変態チャンバに搬入され、一定の温度で保持される。
【０００６】
焼き入れチャンバから構成要素を移送する際に、一方では、過度に低い周囲ガス温度に基づいて、構成要素の外側領域、特に構成要素の薄肉区分が過度に冷却されるリスクが生じる。したがってガス温度が短時間的にマルテンサイト変態開始温度を下回って、これによって、たとえば構成要素におけるたとえばベイナイトの組織形成が少なくとも損なわれ、さらに防止される、ということが排除されない。このことは構成要素の縁領域、特に薄肉箇所、角隅またはねじ山部分が極めて迅速にガス温度を占めるという理由による。
【０００７】
他方では、移送に際して、構成要素に生じる組織変態によって、これに起因する発熱プロセスに基づいて、許容されない構成要素温度上昇の生じるリスクが存在し、このことはこの場合に生じるパーライトおよび連続的なベイナイトへの組織変態によって、材料組織の変態に際して同様に極めて不都合な影響を生じさせる。
【０００８】
本発明の課題および利点
したがって本発明の課題は、半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるための装置を改良することである。
【０００９】
この課題は、冒頭で述べた形式の、材料組織を乾燥状態で変態させるための装置から出発して、請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。従属請求項に記載の構成によって、本発明の有利な実施形態および改良形が得られる。
【００１０】
本発明によれば、半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるため、特に乾燥状態でベイナイト化させるための装置であって、焼き入れチャンバが設けられており、加工流れでみて下流側に配置された組織変態チャンバが設けられており、両チャンバの内室が、少なくとも材料組織を変態するための該当する方法ステップの間、ガス正圧で負荷されるようになっている形式のものにおいて、半製品を焼き入れチャンバから組織変態チャンバに移動する間、半製品に作用する最低ガス正圧を維持するための手段が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
このような方法ステップは、圧力下のガスの急激な放圧を回避することによって、半製品の周辺領域において、ガス温度ひいては半製品の温度が不都合に低下しないよう保証されていることを根底としている。
【００１２】
変態チャンバにおける正圧の別の理由は、組織変態中の構成要素の良好な放熱である。これによって構成要素温度は一定に維持することができる。
【００１３】
本発明の第１実施形態では、半製品を移送する際に半製品に作用する最低ガス圧を維持するための手段が、焼き入れチャンバと組織変態チャンバとの間に、ドアを備えた仕切壁を有している。
【００１４】
このために焼き入れチャンバと組織変態チャンバとは、隣接して配置することができるので、焼き入れ過程が終了したあとで、圧力下の両チャンバの間の仕切壁におけるドアだけを開放すればよく、これによって急冷しようとする半製品のチャージは、ガス正圧下の焼き入れチャンバから直に同様にガス正圧下の組織変態チャンバに移送することができる。この場合半製品を取り囲むガスを周囲圧まで放圧する必要はもはやない。したがって場合によっては変態プロセスを損なう恐れのある許容されない温度低下の生じるリスクも排除される。さらに直に接するチャンバのこのような実施形態によって、半製品の迅速な移送を保証することもでき、半製品は、変態組織チャンバ内で行われる発熱プロセスに基づいて明確な温度上昇が行われるまえに、既に組織変態チャンバ内に位置する。
【００１５】
変化実施形態では、個々の焼き入れチャンバが、第１実施形態に応じて複数の組織変態チャンバと結合されている。このような構成は、特に組織変態チャンバにおける中間段階熱処理のための半製品の滞在時間が比較的大きな場合に有利である。このように形成された変態装置では、焼き入れチャンバは、それぞれ焼き入れ過程の行われたあとで、次第に様々な割り当てられた組織変態チャンバに、適当な構成要素の構成をした変態しようとする半製品の適当なチャージを提供する。これによって時間的およびコスト的に最適化されたプロセスガイドが実現される。
【００１６】
別の実施形態では、たとえば半製品を変態する際に半製品に掛かる最低ガス圧を維持するための手段が、焼き入れチャンバと組織変態チャンバとの間に、個別的に移動可能な圧力チャンバを有している。最低ガス圧を維持するための手段は、たとえば移動可能な出入口として形成することができ、出入口は、有利には組織変態チャンバが備えているような適当な手段を備えて形成されている。これによって上記の提案された実施形態と同様に、一方では、半製品を取り囲むガス圧の周囲圧への減圧が必要でなく、したがってガスの許容されない冷却が生じることはない。他方では、既に温度上昇が行われた状態で、半製品において進行する発熱プロセスに基づいて、この場合に生じる熱が、十分な程度冷却され、その結果過度に高い温度に基づく組織変態における問題が生じることはない。
【００１７】
変態過程の間に半製品に作用する最低ガス正圧を維持するための、このように形成された手段によって、中間段階熱処理のための装置は、さらに経済的に改善される。
【００１８】
焼き入れチャンバおよび組織変態チャンバに作用する圧力に関して、有利な実施形態では、両チャンバにほぼ同じガス圧が存在する。その利点によれば、焼き入れチャンバと組織変態チャンバとの間の移送に際して、ガス放圧に基づくガスの急激な温度低下の生じることがない。さらに組織変態チャンバにおける高圧によって、焼き入れしようとする半製品の極めて良好な放熱が生じる。
【００１９】
場合によっては組織変態チャンバから、大部分で、または完全に組織変態した半製品を取り出すまえに、適当な手段によるガス圧の段階的な、またゆっくりした放圧を行うことができる。
【００２０】
これに対する変化実施形態では、焼き入れチャンバと変態チャンバとの間に、各プロセスステップを実施するために、有利には約３：１を超えない圧力比が作用する。この比では、依然として、ガスの比較的僅かな放圧によってガスひいては焼き入れしようとする構成要素の許容されない冷却が行われないよう保証することができる。焼き入れチャンバにおける一般的な圧力範囲は、約１０ｂａｒ〜３０ｂａｒである。十分な熱を導出するために、変態チャンバのレベルは、長時間的に３ｂａｒの圧力範囲を下回らないよう所望される。
【００２１】
組織変態チャンバを適当に温度調整するために、変態装置は、有利にはさらに温度調整装置を備えている。これによって組織変態チャンバは、適当な加熱エレメントによって、焼き入れしようとするチャージの半製品を導入するまえに、適当な温度に予め加熱することができ、半製品を導入したあとで、適当な冷却手段によって、精確に所望の温度で保持される。冷却手段は、特にチャージを通流する正圧下のガス流を有している。場合によっては追加的にガス流に冷却装置を配置してよく、これによってチャージによって吸収された熱をガス流から再び導出することができる。
【００２２】
ガス流を形成して維持するために、組織変態チャンバは、さらにガス循環装置を備えることができ、このために特に有利には送風機または扇風機が適している。
【００２３】
半製品を焼き入れチャンバから組織変態チャンバに移送するために、変態装置は、さらに搬送装置を備えることができる。焼き入れチャンバと組織変態チャンバとが単にドアを備えた仕切壁によって分離される場合、仕切壁は、周期的に運転することができる。これの意味するところによれば、焼き入れ過程が行われ、両チャンバを分離するドアを開放したあとで、搬送装置は作動することができ、そのあとで搬送装置は半製品を焼き入れチャンバから組織変態チャンバに移送する。
【００２４】
このためにたとえば温度に適した適当な搬送手段、たとえばチェン搬送装置、前後に配置された回転ローラなどが考えられる。たとえば複数の組織変態チャンバを備えた星形に形成された変態装置では、搬送装置は、たとえばさらに回転ディスクを備えることができ、これによって次に送られる組織変態チャンバに対する搬送手段の適当な方向付けが実現され、またもちろん上流側に配置された高温炉から新たに焼き入れしようとするチャージの収容も実現される。
【００２５】
搬送装置の搬送速度は、少なくとも有利には半製品を移送するために要する時間が焼き入れ過程の終了とそこで行われる組織変態に基づく半製品の温度の明確な上昇との間に経過する時間よりも短くなるような、大きさを有している。温度の明確な上昇として、この場合組織変態の時間経過を表す曲線の変向点の周りの範囲がみなされる。
【００２６】
焼き入れしようとする構成素子を、高い組織変態率のプロセス範囲が進行したあとで組織変態チャンバから取り出すために、変態装置は、有利にはさらに圧力出入口を備えることができる。これによって構成素子は、組織変態チャンバ内で大幅な圧力低下なしに、組織変態チャンバから送り出して、これに次いで、場合によっては組織変態チャンバの下流側に続いて配置された、標準圧力で負荷された温度調整チャンバ、たとえば残りの組織変態を完全に行うための空気循環炉に送り込まれる。
【００２７】
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。
【００２８】
図１には、半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるため、特に乾燥状態でベイナイト化させるための装置１が示されている。変態装置１は、焼き入れチャンバ２と、加工流れでみて下流側に続いて配置された組織変態チャンバ３とを備えており、この場合両チャンバの内室は、少なくとも材料組織を変態させするための該当する方法ステップの間、ガス正圧で負荷されている。焼き入れされる半製品は、ここではチャージ９として示した。
【００２９】
半製品は、焼き入れチャンバと組織変態チャンバとの間で移送する際に、考慮すべき温度変化を受けてはならない。この場合特に問題なのは、急速に許容温度範囲を下回るようになる外側領域および薄肉領域である。許容温度変動範囲として、焼き入れチャンバにおいて半製品に作用する約２２０度の温度に対して約±５度が挙げられる。
【００３０】
本発明によれば、焼き入れチャンバから組織変態チャンバへ半製品を移動する間、半製品に作用する最小正圧を維持するのに適した手段だけが設けられている。本実施例では、この手段は、焼き入れチャンバ２と組織変態チャンバ３との間に、ドアを備えた仕切壁４を有している。両チャンバは同時にガス正圧で負荷されているので、ドアを開放するまえに、両チャンバの間で圧力補償を行う必要がある。このことは有利には焼き入れチャンバにおける減圧によって行われる。この場合チャージ９の半製品は、少なくとも組織変態チャンバに作用するガス正圧で負荷され続けられるので、許容できない材料冷却が回避される。
【００３１】
チャージ９は、次いで焼き入れチャンバから、焼き入れ過程（約３５秒〜４０秒）に対して相当程度長く持続する組織変態プロセス（半製品の材料、構造形式および構造サイズに応じて数時間まで）を行うために移動することができる。
【００３２】
チャージ９のための移動過程が終了したあとで、両チャンバ２，３間の仕切壁４におけるドアは、再び閉鎖され、これによって互いに圧密に分離される。焼き入れチャンバ２は、焼き入れしようとする新たなチャージ９を収容するために準備され、これに対して組織変態チャンバでは、移動された半製品に組織変態プロセスが行われる。
【００３３】
組織変態に必要な温度を準備するために、組織変態チャンバ３は、図２に示したように、加熱装置１０および／または冷却装置１１を備えており、加熱装置１０および／または冷却装置１１は、有利には、温度センサ１２．１を備えた温度調整装置１２を介して管理される。組織変態チャンバ３の内側における均等な温度分布のため、ならびに良好な放熱のために、温度調整装置１２は、主に単数または複数のガス循環装置１３を備えており、ガス循環装置１３は、本実施例では、送風機または扇風機として形成されている。チャージ９を焼き入れチャンバ２から組織変態チャンバ３に移送するために、また場合によっては組織変態チャンバにおいて引き続き搬送するためにも、変態装置は、主に搬送装置１４を備えている。特に有利には、搬送装置１４は、周期的に運転することができる。これによって、チャージ９は、共通の変態装置１を通って適当なサイクルで後続搬送することができる。各変態装置部分において半製品はその都度のプロセスステップを実施するために比較的長い滞留時間を必要としており、各変態装置部分は、複数のチャージを収容するのに適するように形成されている。このようなチャージは、周期的な搬送に応じて、その都度の変態装置区分、たとえば組織変態チャンバ３を通過する。
【００３４】
別の変態装置部分は、図１から看取することができる。図１において、プロセス進行方向でみて焼き入れチャンバの上流側（手前）に高温炉７を示した。高温炉７には、たとえば３つのチャージ９が配置されており、チャージ９は加熱され、この加熱温度から、チャージ９は、焼き入れチャンバにおいて再び冷却される。この温度は、１００Cr６では約８５０度のオーステナイト化温度である。
【００３５】
両チャンバ２，７は、仕切壁４に相当するように形成された仕切壁６によって仕切られている。高温炉７は、有利には真空下で運転されるので、高温炉７の入口側に、２つの仕切壁８．１，８．２を備えた出入口８が配置されている。
【００３６】
組織変態チャンバ３もまた、本実施例では、出入口５と、該出入口５に配設された仕切壁５．１，５．２とによって、外部に作用する周囲圧に対してシールされている。
【００３７】
比較的簡単な実施例では、たとえば組織変態チャンバにおいて適当に低い運転圧が作用する場合、出入口５の代わりに、単に変態した半製品を取り出すための、適当に配置されたドアを備えた仕切壁５．１を設ければよい。
【００３８】
半製品における組織変態の進行を、図３において線図で例示した。水平方向で時間を分で表し、垂直方向で該当する半製品において既に行われた組織変態の割合を表した。ここから判るように、焼き入れのあとで比較的迅速に、ここでは約８分で、大きな変態率が得られ、これは約１５分続く。この範囲は、変態を表す曲線１７の両変曲点１５，１６によって制限される。
【００３９】
変態装置の有利な構成によれば、変態しようとする半製品は、組織変態チャンバを通るこの時点の間、一定温度で維持される。たとえば時点１８の開始に関して述べると、開始までに焼き入れチャンバから組織変態チャンバ３への半製品の移動は終了するよう所望される。組織変態チャンバ３からの半製品の取出は、望ましくは、有利には既に材料組織の約８０％が変態されている時点１９のあとではじめて行われる。
【００４０】
図４には、変態装置１の別の実施例を示しており、ここでは図１の実施例に対して、空気循環炉２０で拡張されており、空気循環路２０は周囲圧で運転される。空気循環路２０において、半製品は、依然として残りの材料組織が変態されている限り存在する。
【００４１】
図４に示した変態装置１の下側に、上側に位置する変態装置要素（高温炉、焼き入れチャンバ、変態チャンバ、出入口および空気循環路）に関する温度曲線を概略的に示した。ここでは水平方向のｘ軸に沿って、変態装置において該当する移動距離に関して、温度を摂氏で記載した。曲線の最高点は、約８５０度であるオーステナイト化温度ＴAUSTを表しており、オーステナイト化温度で、半製品は、焼き入れチャンバに導入される。焼き入れチャンバから、半製品は、別のプロセスに関して一定に維持される中間段階熱処理温度、ここでは約２２０度であるベイナイト化温度ＴBainで移動される。完全な材料組織変態のあとで、構造部分は、周囲温度に冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるための装置を示す概略図である。
【図２】材料組織変態チャンバの構造を概略的に示す図である。
【図３】材料組織の変態過程を水平方向時間軸に関して示す線図である。
【図４】下側に各プロセスステップに割り当てられた時間／温度線図を示し、上側に半製品の材料組織を乾燥状態で変態させるための装置を示す概略図である。
【図１】
2009515133.tif 000003
【図２】
2009515133.tif 000004
【図３】
2009515133.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2009515133.tif 000007
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2009515133.tif 000009
2009515133.tif 000010
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