EP1651788B2 - Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils - Google Patents

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EP1651788B2
EP1651788B2 EP04738672.7A EP04738672A EP1651788B2 EP 1651788 B2 EP1651788 B2 EP 1651788B2 EP 04738672 A EP04738672 A EP 04738672A EP 1651788 B2 EP1651788 B2 EP 1651788B2
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Markus Belte
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    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching

Definitions

  • the invention relates to a method for heat treating a casting according to the preamble of claim 1.
  • the invention has the features of claim 1.
  • the quenching is performed by supplying room air of a predetermined flow rate, so that the production complexity can be kept relatively low.
  • the inventive method enables improved mechanical properties of the casting as well as a delay minimization. This is achieved by optimally coordinating the process steps “solution annealing”, “quenching” and “heat aging”.
  • the embodiment relates to the production of a wheel 1 according to FIG. 1 ,
  • the wheel 1 is designed as a light metal wheel, preferably made of an aluminum alloy.
  • the inventive method can also be used for the production of, for example, cylinder heads or crankcases.
  • the light metal wheel 1 according to FIG. 1 and 2 It consists essentially of a rim 2, a hub portion 3 and a plurality of spokes 4 extending radially outward from the hub portion 3.
  • a die-cast part made of an aluminum alloy (aluminum-silicon-magnesium alloy, AlSiMg) is cast in a casting mold (not shown).
  • the casting 1 is made by die casting. It can be made using a sand casting process in a sand mold or by a chill casting.
  • the casting may be X-rayed to identify any unwanted holes.
  • a solution annealing of the casting 1, in which the casting 1 is held for six hours to a temperature of about 535 ° C is carried out.
  • the solution annealing may be carried out at a solution annealing temperature between 500 ° C and 550 ° C depending on the shape of the casting 1.
  • the solution annealing time may be in the range of four to eight hours.
  • the quenching of the casting 1 by means of a gaseous quenching medium takes place.
  • a gaseous quenching medium serves as a quenching medium, the room air, which is sucked by means of a blower 5 and passed at a predetermined flow rate in a receiving chamber 6, in which the casting 1 is arranged.
  • the casting is positioned with a rear horn 7 of the rim 2 on a grid-shaped bottom 8.
  • the bottom 8 has at a regular distance arranged passages 9 and slots through which the room air can flow according to the direction of arrow 10 in the receiving chamber 6.
  • the flow rate of the room air can be in a range of 30 to 70 m / s.
  • the casting 1 is cooled from 535 ° C to 150 ° C within a few minutes, for example within two to three minutes.
  • the initial temperature of the casting 1 may be in a range of 490 ° C to 540 ° C.
  • the wall thickness d 1 of the rim 2 is substantially smaller than the wall thickness d 2 of the hub portion 3 and the spokes 4.
  • the casting 1 is due to its own weight on the grid-shaped bottom 8. Due to the arrangement is in a temperature range of 480 ° C to 550 ° C for a period of one to the rim 2, which extends substantially parallel to the air flow direction 10 and which is arranged on a side facing the passages 9 of the die-cast part 1, and the fact that the wall thickness d 1 of the rim 2 is substantially smaller than the wall thickness d 2 of the rest.
  • the temperature t 1 in the region of the rim 2 is smaller during the quenching process than the temperature t 2 in the hub / spoke area 3, 4
  • the rim 2 serves more or less as a cooling rib for the cooling of the hub / spoke area 3, 4 and thus favors a temperature compensation, wherein a sliding transition of the strength values from the rear horn 7 and from the rim base 2 in the direction of the Hub area 3 completes.
  • the rim well may have a hardness value that is 10% to 20% higher than the hardness value in the region of the hub 3 of the casting 1. While a high strength value is formed in the region of the rim 2, the strength value in the region of the hub 3 is substantially lower so that in an advantageous manner, the damping properties of the light metal wheel 1 when used for example in a motor vehicle can be significantly improved. Dynamic mechanical stresses can be much better absorbed without damaging the wheel 1 occurs. Advantageously, there is an increase in the damping comfort. Axle damage can be avoided especially with rims large width.
  • the cast part 1 is subjected to a heat aging, which may have a duration of 30 minutes to 10 hours.
  • the heat aging time for the described casting 1 may be 5 hours while maintaining the temperature in a range between 155 ° C and 200 ° C.
  • the casting 1 is then fed to a machining operation.
  • the fan 5 is associated with a control device ST, which adjusts or regulates the flow velocity of the introduced through the fan 5 in the receiving chamber 6 room air flow.
  • the control device ST has electronic control means, such that a fan of the blower 5, for example, at a room temperature of 20 ° C generates a flow velocity of 40 m / s.
  • the control circuit 11 causes an increase in the rotational speed of the fan 5, so that, for example, a flow velocity of 50 m / s is achieved.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Gussteils nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.
  • Aus der DE 100 16 187 A1 ist ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils aus Metall bekannt, bei dem das Gussteil mit einem flüssigen Abschreckmedium beaufschlagt wird. Durch eine selektive lokale Vorabschreckung des Gussteiles sollen spannungsarme und gut gehärtete Funktionalbereiche erzeugt werden.
  • Aus der DE 198 56 940 C1 ist ein Verfahren zum Abschrecken eines Gussteils aus Metall bekannt, bei dem eine Abkühlung des auf 250° C bis 400° C erwärmten Gussteiles in ruhender Luft erfolgt. Eine Abschreckung des Gussteils ist nicht vorgesehen.
  • Aus der DE 101 06 640 A1 ist ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Gussteils aus Metall bekannt, das als Verfahrensschritte "Lösungsglühen", "Abschrecken" und "wärmeauslagern vorsieht. Das Lösungsglühen drei Stunden vorgesehen. Das Abschrecken des Gussteils erfolgt relativ schnell bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 0,6° C pro Sekunde. Das Wärmeauslagern erfolgt innerhalb von 1 bis 2,5 Stunden bei einer Temperatur in einem Bereich von 220° C bis 260° C. Zum Abschrecken kann ein auf Luft basierendes Abschreckmittel oder ein auf Wasser basierendes Abschreckmittel oder ein synthetisches Abschreckmittel eingesetzt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Wärmebehandeltn eines Gussteils anzugeben, dass ein verzugsminimiertes Gussteil mit an die Form desselben angepassten verbesserten mechanischen Eigenschaften hergestellt wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Abschreckung durch das Zuführen von Raumluft einer vorgegeben Strömungsgeschwindigkeit, so dass der herstellungstechnische Aufwand relativ niedrig gehalten werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht verbesserte mechanische Eigenschaften des Gussteils sowie eine Verzugsminimierung. Dies wird erreicht durch die optimale Abstimmung der Verfahrensschritte "Lösungsglühen", "Abschrecken" und "Wärmeauslagern".
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Vorderansicht eines Rades,
    Figur 2
    ein Schnitt durch das Rad entlang der Linie II-II gemäß Figur 1, das als Gussteil in einer Aufnahme einer Vorrichtung zur Abschreckung des Gussteils angeordnet ist und
    Figur 3
    ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die Abschreckung des Gussteils.
  • Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung eines Rades 1 gemäß Figur 1. Das Rad 1 ist als Leichtmetallrad, vorzugsweise hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, ausgebildet. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung von beispielsweise Zylinderköpfen oder Kurbelgehäusen eingesetzt werden.
  • Das Leichtmetallrad 1 gemäß Figur 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einer Felge 2, einem Nabenbereich 3 und einer Mehrzahl von radial von dem Nabenbereich 3 nach außen verlaufende Speichen 4.
  • Zur Herstellung eines solchen Leichtmetallrades 1 wird in einer nicht dargestellten Gussform ein Druckgussteil aus einer Aluminiumlegierung (Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung, AlSiMg) gegossen. Das Gussteil 1 wird durch Druckguss hergestellt. Es kann mit Hilfe eines Sandgussverfahrens in einer Sandform hergestellt sein oder durch einen Kokillenguss.
  • Nach dem Gießen kann das Gussteil einer Röntgenuntersuchung unterzogen werden, um gegebenenfalls unerwünschte Löcher zu identifizieren.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt ein Lösungsglühen des Gussteils 1, bei dem das Gussteil 1 für sechs Stunden auf eine Temperatur von etwa 535° C gehalten wird. Das Lösungsglühen kann in Abhängigkeit von der Form des Gussteils 1 bei einer Lösungsglüh-Temperatur zwischen 500° C und 550° C erfolgen. Die Lösungsglühzeit kann in einem Bereich von vier bis acht Stunden liegen.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt die Abschreckung des Gussteils 1 mittels eines gasförmigen Abschreckmediums. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient als Abschreckmedium die Raumluft, die mittels eines Gebläses 5 angesaugt und mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit in eine Aufnahmekammer 6 geleitet wird, in der das Gussteil 1 angeordnet ist. Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, ist das Gussteil mit einem hintere Horn 7 der Felge 2 auf einem gitterförmigen Boden 8 positioniert. Der Boden 8 weist in einem regelmäßigen Abstand angeordnete Durchlässe 9 bzw. Schlitze auf, durch die die Raumluft entsprechend Pfeilrichtung 10 in die Aufnahmekammer 6 einströmen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit der Raumluft kann in einem Bereich von 30 bis 70 m/s liegen. Während des Abschreckungsprozesses wird das Gussteil 1 innerhalb von wenigen Minuten, beispielsweise innerhalb von zwei bis drei Minuten, von 535° C auf 150° C abgekühlt. Die Anfangstemperatur des Gussteils 1 kann in einem Bereich von 490° C bis 540° C liegen.
  • Die Wanddicke d1 der Felge 2 ist wesentlich kleiner als die Wanddicke d2 des Nabenbereichs 3 bzw. der Speichen 4. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Wanddicke d1 3 mm bis 8 mm und die Wanddicke d2 30 mm bis 70 mm betragen.
  • Das Gussteil 1 liegt durch sein Eigengewicht auf dem gitterförmigen Boden 8 auf. Durch die Anordnung ist in einem Temperaturbereich von 480° C bis 550° C für eine Zeit von ein bis der Felge 2, die sich im wesentlichen parallel zur Luftströmungsrichtung 10 erstreckt und die auf einer den Durchlässen 9 zugewandten Seite des Druckgussteils 1 angeordnet ist, sowie dem Umstand, dass die Wanddicke d1 der Felge 2 wesentlich geringer ist als die Wanddicke d2 des restlichen Teils des Druckgussteils 1, erfolgt eine schnellere Abkühlung des Felgenbereichs 2 als die des Naben-/Speichenbereichs 3, 4. Die Temperatur t1 im Bereich der Felge 2 ist während des Abschreckvorganges kleiner als die Temperatur t2 im Naben-/Speichenbereich 3, 4. Die Felge 2 dient quasi als Kühlrippe für die Abkühlung des Naben-/Speichenbereichs 3, 4 und begünstigt somit einen Temperaturausgleich, wobei sich ein gleitender Übergang der Festigkeits- bzw. Härtewerte von dem hinteren Horn 7 bzw. von dem Felgenbett 2 in Richtung des Nabenbereichs 3 vollzieht. Beispielsweise kann das Felgenbett einen Härtewert haben, der 10 % bis 20 % höher ist als der Härtewert im Bereich der Nabe 3 des Gussteils 1. Während im Bereich der Felge 2 ein hoher Festigkeitswert gebildet wird, ist der Festigkeitswert im Bereich der Nabe 3 wesentlich geringer, so dass in vorteilhafter Weise die Dämpfungseigenschaften des Leichtmetallrads 1 beim Einsatz beispielsweise in einem Kraftfahrzeug wesentlich verbessert werden können. Dynamische mechanische Beanspruchungen können wesentlich besser aufgenommen werden, ohne dass eine Beschädigung des Rades 1 eintritt. Vorteilhaft stellt sich eine Erhöhung des Dämpfungskomforts ein. Achsschäden können insbesondere bei Felgen großer Breite vermieden werden.
    Diese genannten Erscheinungen bzw. Vorteile ergeben sich im wesentlichen durch den erfindungsgemäßen Abschreckvorgang.
  • Nach dem Abschreckvorgang wird das Gussteil 1 einer Wärmeauslagerung unterzogen, die eine Dauer von 30 Minuten bis 10 Stunden haben kann. Die Wärmeauslagerungszeit für das beschriebene Gussteil 1 kann 5 Stunden betragen, wobei die Temperatur in einem Bereich zwischen 155° C und 200° C gehalten wird.
  • In einem weiteren Schritt wird das Gussteil 1 dann einer spanenden Bearbeitung zugeführt.
  • Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, ist dem Gebläse 5 eine Steuereinrichtung ST zugeordnet, die die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Gebläse 5 in die Aufnahmekammer 6 eingeleiteten Raumluftstromes einstellt bzw. regelt. Die Steuereinrichtung ST weist elektronische Steuermittel auf, derart, dass ein Ventilator des Gebläses 5 beispielsweise bei einer Raumtemperatur von 20° C eine Strömungsgeschwindigkeit von 40 m/s erzeugt. Bei einer erhöhten Raumtemperatur von 30° C bewirkt die Steuerschaltung 11 eine Erhöhung der Drehzahl des Gebläses 5, so dass beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s erzielt wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines Gussteils aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall, wobei das Gussteil gegossen wird, lösungsgeglüht wird, mittels eines Luft enthaltenden Abschreckmediums abgeschreckt wird und mit einer Wärmeauslagerung beaufschlagt wird, wobei,
    - das Gussteil (1) in einer Zeit von vier bis acht Stunden bei einer vorgegebenen Lösungsglüh-Temperatur zwischen 500°C bis 550°C lösungsgeglüht wird,
    - das Gussteil (1) von der Lösungsglüh-Temperatur innerhalb von wenigen Minuten durch Umströmung von Raumluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 30 m/s und 70 m/s abgeschreckt wird und
    - das Gussteil (1) für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 10 Stunden bei einer Temperatur in einem Bereich von 155°C bis 200°C der Wärmeauslagerung unterzogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) durch Druckgießen hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung (AlSiMg) hergestellt wird.
  4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstellung eines Rades (1) oder eines Zylinderkopfes oder eines Kurbelgehäuses.
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