Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Wärme¬ behandlung von metallischen Werkstücken in einem Vakuum-Kammerofen, bei welchem die Werkstücke unter Vakuum erwärmt werden und anschließend mittels eines Kühlgases abgeschreckt werden.

Bei nach dem Stande der Technik üblichen Verfahren der genannten Art verwendet man als Kühlgas nach Möglichkeit ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, damit sich während des Abschreckvorganges an den Oberflächen der Werkstücke keine Verzunderung ergibt. Eine solche Verzunderung würde sich ergeben, wenn die Werkstücke während des Abschreckvorganges beispielsweise mit Sauerstoff oder einem anderen stark reaktiven Gas in Verbindung kämen.

Bei der Verwendung von Argon, Stickstoff oder einem vergleichbaren Inertgas ist jedoch die Abkühlge-

*L schwindigkeit während des Abschreckvorganges verhält¬ nismäßig gering. Eine schnelle Abkühlung ist indessen insbesondere für die Härtung von Stahl unerlässlich. Dementsprechend benötigt man für die Abkühlung ver-

5 hältnismäßig hohe Gasdrücke, große Gasmengen und dem¬ entsprechend leistungsfähige Aggregate für die Gas¬ umwälzung und Rückkühlung des Gases.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der ein- _Q gangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit niedrigeren Gasdrücken und/oder kleineren Gasmen- gen eine ausreichend schnelle Abkühlung bzw. mit nach dem Stande der Technik üblichen Gasmengen und Gas¬ drücken eine wesentlich schnellere Abkühlung während _lt - des Abschreckvorganges erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung aus¬ gehend von dem Verfahren der eingangs genannten vor, daß als Kühlgas Wasserstoff oder ein Wasserstoff-Gas-

20 Gemisch verwendet wird, welches mehr als 2o % Wasser¬ stoff enthält.

Bei der Verwendung eines stark wasserstoffhaltigen Kühlgases kann eine wesentlich effektivere Abkühlung

25 erzielt werden. Versuche haben ergeben, daß durch die Verwendung von stark wasserstoffhaltigem Kühlgas gegenüber Stickstoff die Abschreckzeiten um bis zur Hälfte und gleichzeitig der Leistungsbedarf des Kühl¬ gebläses erheblich reduziert werden können. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Wärmeleitfähigkeit von

30 Wasserstoff-Gas erheblich größer ist als die von Stickstoff oder Argon. Infolgedessen eignet sich Was¬ serstoff erheblich besser für den Wärmetransport von den Werkstücken zu den Kühlflächen der Kühlaggregate. Wasserstoff verhält sich gegenüber den metallischen

35 Werkstücken zwar nicht völlig inaktiv. So ist es beispielsweise bekannt, zum Entkohlen von bestimmten

1 Stahllegierungen Wasserstoff oder ein wasserstoffhal¬ tiges Gasgemisch zu verwenden.

Diese Entkohlungsvorgänge verlaufen indessen so lang- 5 sam, daß sie beim Verfahren gemäß der Erfindung während der sehr kurzen Abschreckphase zu keinerlei Schäden an den Werkstücken führen können. Auch im Hinblick auf die Verzundung der Werkstücke ergeben sich keine Probleme. Die mit Wasserstoff oder wässer¬ ig stoffhaltigem Gasgemisch abgeschreckten Werkstücke zeigen an den Oberflächen ebenso wenig Verzunderungs- erscheinungen, wie die mit einem Inertgas abgeschreck¬ ten Werkstücke.

• _j _g Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß beim Abschrecken von Werkstücken aus luft¬ härtbarem Stahl der Gasdruck höchstens 3 bar beträgt. Bei lufthärtbaren Stählen handelt es sich um hoch¬ legierte Stähle, die mit der durch Luftkühlung erziel¬

20 baren niedrigen Abkühlgeschwindigkeit gehärtet werden können. Beim Härten von Werkstücken aus solchen luft¬ härtbaren Stählen ermöglicht es die Erfindung, mit erheblich niedrigeren Drücken zu arbeiten, nämlich mit Drücken unterhalb von 3 bar. Demgegenüber be¬

25 nötigt man bei der Verwendung von Stickstoff oder Argon als Kühlgas erheblich höhere Drücke in der Größenordnung von 6 bar. Bei Drücken unterhalb von 3 bar ist es möglich, die Wandungen und Türen des Vakuum-Kammerofens entsprechend schwächer auszubil¬

30 den, so daß sich der konstruktive Aufwand erheblich verringert.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfin¬ dung sieht vor, daß beim Abschrecken von Werkstücken aus ölhärtbarem Stahl der Gasdruck mindestens 3 bar

35 beträgt. Bei Ölhärtbaren Stählen handelt es sich um

niedriglegierte Stähle, die zum Härten eine hohe Ab¬ kühlgeschwindigkeit benötigen, d.h. eine Abkühlge¬ schwindigkeit, die herkömmlich nur mit Öl als Kühlmit¬ tel erreicht werden kann, nicht aber mit Luft oder Gas. Wenn man jedoch nach der Lehre der vorliegenden Erfindung als Kühlgas Wasserstoff oder ein mindestens 2o % Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch verwendet und gleichzeitig die nach dem Stande der Technik üblichen Drücke von über 3 bar anwendet, kann man eine Abkühlgeschwindigkeit erzielen, die für ölhärt- bare Stähle ausreicht. Die Erfindung eröffnet somit das Vakuum-Härten mit Gaskühlung für eine völlig neue Gruppe von Werkstoffen, die bisher nur mit Öl gehär¬ tet werden konnten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgen¬ den an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen für das Verfahren gemäß der Er¬ findung geeigneten Vakuum-Kam- merofen;

Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt zu Fig. 1, jedoch ohne die Trag¬ vorrichtung für die zu behan¬ delnden Werkstücke.

In der Zeichnung ist das im wesentlichen zylinderför- mige Gehäuse eines Vakuum-Kammerofens mit dem Bezugs¬ zeichen 1 bezeichnet. Dieses Gehäuse 1 ist auf Stand¬ füßen 2 aufgeständert und an einer Stirnseite mit einer dichtschließenden Tür 3 versehen (vgl. Fig. 2). An der gegenüberliegenden Stirnseite ist das Gehäuse 1 mit einem Gebläse 4 und einem Wärmetauscher 5 ver¬ sehen, die Bestandteile der nachfolgend näher er¬ läuterten Gasumwälzung sind.

Im Innenraum des Gehäuses 1 ist eine Heizkammer 6 an-

geordnet, die im Querschnitt etwa ellipsenförmig aus¬ gebildet ist und zu den Wänden des Gehäuses 1 hin wärmeisoliert ist. Innen an den Wänden der Heizkammer 6 sind mittels geeigneter Halter 7 Heizstäbe 8 be- festigt, die sich über die axiale Länge der Heizkam¬ mer 6 erstrecken.

Außerdem sind an der Decke und im Boden der Heizkam¬ mer 6 Gaseinlaßöffnungen in Form von Düsen 9 vorge- sehen, die über Gaszuführungsleitungen lo gleich¬ zeitig mit Kühlgas beaufschlagbar sind und in Rich¬ tung auf die Mittenebene der Heizkammer 6 gerichtete Gasströmungen erzeugen. Im Bereich der Mittenebene, d.h. dort, wo die von den einander entgegengerichte- ten Düsen 9 erzeugten Gaströmungen aufeinander¬ prallen, sind im Inneren der Heizkammer 6 die zu behandelnden Werkstücke 11 angeordnet, die von einer geeigneten Tragvorrichtung 12 getragen werden, welche beispielsweise als Gitterpallette ausgebildet sein kann. Seitlich neben der in der Mittenebene befind¬ lichen Aufprallzone befinden sich in den Wänden der Heizkammer 6 Gasauslaßöffnungen in Form von Schlitzen 13. Diese Schlitze sind von Abdeckblenden 14 gegen Strahlungswärme abgedeckt, die mit Abstand zum je- weiligen Öffnungsquerschnitt des Schlitzes 13 angeord¬ net sind.

Die Gasauslaßöffnungen dienenden Schlitze 13 stehen über Gasrückführungskanäle 15 und den Wärmetauscher 5 mit der Saugseite des Gebläses 4 in Verbindung. Die Druckseite des Gebläses 4 steht demgegenüber über die Gaszuleitungen lo mit den Düsen 9 in Verbindung. Das aus dem Gebläse 4, den Gaszuleitungen 5, den Düsen 9, den Schlitzen 13, den Gasrückführungsleitungen 15 und dem Wärmetauscher 5 bestehende Gasumwälzsystem ist

außerdem an geeigneter Stelle mit Steuer- und Regelor¬ ganen verbunden, durch welche die umgewälzte Gasmenge dem Bedarf angepaßt werden kann. Diese Steuer- und Regelorgane sind in der Zeichnung nicht näher darge- stellt.

Wie aus den in Fig. 1 dargestellten Strömungspfeilen ersichtlich ist, sind die zu behandelnden Werkstücke dort angeordnet, wo die von den einander entgegenge- richteten Düsen 9 erzeugten Gasströmungen aufeinander¬ prallen. Die aufeinanderprallenden Gasströmungen er¬ zeugen um die Werkstücke 11 herum durch intensive Ver- wirbelung eine weitestgehend homogene Kühlzone, die eine gleichmäßige Abkühlung der Werkstücke 11 an allen mit dem Kühlgas in Berührung kommenden Ober¬ flächen garantiert. Aufgrund des sich im Au prallbe- reich ausbildenden Überdruckes und der seitlich neben dem Aufprall befindlichen Schlitzen 13 ergibt sich vom Aufprallbereich zu den Schlitzen 13 hin ein ver- hältnismäßig großes Druckgefälle, so daß das Kühlgas im Aufprallbereich schnell ausgetauscht wird.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden zunächst in die zu behandelnden Werkstücke 11 auf der Tragvor- richtung 12 in den oben erläuterten Vakuum-Kammerofen verbracht. Sodann wird die Tür 3 druckdicht ver¬ schlossen und das Gehäuse 1 evakuiert. Danach werden die Werkstücke 11 mittels der Heizstäbe 8 auf die für die Wärmebehandlung erforderliche Temperatur erwärmt. Nach einer gewissen Haltezeit wird die Kammer des Vakuum-Kammerofens so schnell wie möglich mit unter Druck stehendem Kühlgas geflutet, welches beim Ver¬ fahren gemäß der Erfindung aus Wasserstoff oder einem Gasgemisch besteht, welches mindestens 2o % Wasser¬ stoff enthält. Die übrigen Bestandteile des Gasge-

1 misches bestehen selbstverständlich aus Gasen, die weder mit dem im Gemisch enthaltenen Wasserstoff noch mit dem Werkstoffen der zu behandelnden Werkstücke reagieren. Insbesondere muß sorgfältig vermieden 5 werden, daß der Wasserstoff mit Sauerstoff in Kontakt kommt, was zu heftigen Knallgas-Explosionen führen könnte. Unmittelbar nach dem Fluten der Kammer des Vakuum-Kammerofens mit Kühlgas wird die oben erläuter¬ te Gasumwälzung eingeschaltet, welche dafür sorgt, 0 daß das an den heißen Werkstücken erwärmte Kühlgas schnell und intensiv ausgetauscht wird und an den Kühlflächen des Wärmetauschers 5 zurückgekühlt wird, ehe es erneut mit den Werkstücken 11 in Kontakt gebracht wird. 5

Durch die Verwendung von Wasserstoff oder einem min¬ destens 2o % Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch als Kühlgas erreicht man im Vergleich zu herkömmlichen Kühlgasen eine Verkürzung der Abschreckzeit um bis 0 ^zur Hälfte. Wegen des erheblich besseren Wärmetrans¬ portes beträgt beim Verfahren gemäß der Erfindung die am Gebläse erforderliche Leistung nur noch etwa ein Zehntel derjenigen Leistung, die bei der Verwendung von herkömmlichen Kühlgasen erforderlich wäre. 5

Beim Abschrecken von Werkstücken aus lufthärtbaren

Stählen, d.h. von hochlegierten Stählen, die auch nach dem Stande der Technik mit Stickstoff oder Argon als Kühlgas ausreichend schnell abgekühlt werden kön- _Q nen, ist eine Verkürzung der Abschreckzeit nicht not¬ wendig und auch nicht immer sinnvoll. Aus diesem Grunde kann man beim Härten von solchen Werkstücken mit einem im Vergleich zum Stande der Technik wesent¬ lich geringeren Gasdruck von weniger als 3 bar eine g ausreichende Abkühlgeschwindigkeit erzielen. Hier¬ durch ist es möglich, den Vakuum-Kammerofen ent-

sprechend leichter zu bauen.

Behält man demgegenüber die beim Stand der Technik üblichen höheren Gasdrücke des Kühlgases von mehr als 3 bar bei, erreicht man eine Abkühlgeschwindigkeit, die für sonst nur mit Öl härtbare Stahllegierungen ausreicht. Diese Ausführungsform der Erfindung ermög¬ licht es also, die Gaskühlung beim Härten von Stählen zum Einsatz zu bringen, die bisher nur mit Öl gehär- tet werden konnten.

Ansprüche