Optimierte Abkühlgeschwindigkeiten in Wirbelbett-Wärmebehandlungssystemen

Ausgezeichnete Alternative zum Salzbad und zu weiteren Wärmebehandlungssystemen

Die Wirbelbetttechnologie hat in den letzten Jahrzehnten im Bereich Wärmebehandlung qualitativ nicht an Bedeutung verloren. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ist sie sogar für einige Anwendungsnischen unverzichtbar.

Funktionsprinzip der Wirbelbettsysteme
Das Funktionsprinzip (Abbildung 1) der Wirbelbett-Wärmebehandlungsanlagen von Schwing Technologies basiert auf der patentierten Schwing-Wirbelbetttechnologie, bei der feinkörniges Aluminiumoxid mit Luft oder Inertgas in einer Prozesskammer verwirbelt wird. Das so erzeugte Wirbelbett leitet die Wärme äußerst gut und besitzt aufgrund seiner Masse eine enorme Wärmekapazität.
Schwing-Wärmebehandlungsanlagen werden indirekt über Elektroheizungen oder Gasbrenner beheizt und können in einem großen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1050 °C mit höchster Präzision eingesetzt werden. Metallische Werkzeuge oder Bauteile können einfach in die Wirbelschicht eingetaucht werden und in kürzester Zeit

  •     vorgewärmt,
  •     geglüht,
  •     nitriert,
  •     nitrocarburiert,
  •     angelassen,
  •     abgeschreckt oder
  •     abgeschreckt und angelassen werden - mit der gewünschten Atmosphäre und Temperatur.


Vorteile der Wirbelbetttechnologie
Unterbrechungen, Umstellungen oder Wechsel des Behandlungsprozesses und der Atmosphäre, zum Beispiel von thermochemisch auf inert, sind jederzeit und innerhalb von nur zwei bis drei Minuten möglich. Die hohe Temperaturgenauigkeit der Wärmebehandlungsanlagen von Schwing beim Verweilen und insbesondere auch beim Aufheizen und Abschrecken gewährleistet die verzugsfreie Behandlung der eingebrachten Chargen. Zusätzlich hält die hervorragende Temperaturgleichmäßigkeit die Spannungen in den behandelten Teilen auf einem Minimum, was die größten Nachteile von flüssigen Abschreckmedien und Hochdruck-Gasabschrecksystemen ausgleicht. Die schnelle und gleichmäßige Erwärmung des Systems macht die Stand-by-Heizung überflüssig. Die Anlagen arbeiten völlig abfallfrei und werden auf Wunsch mit einer Fackelanlage ausgestattet.

Optimierung des Abkühleffekts im Wirbelbett
Wie bei vielen anderen Technologien gibt es auch bei der Wirbelbett-Wärmebehandlung hier und da Optimierungsbedarf in speziellen Anwendungsbereichen. Eine Anforderung, die aus dem Markt kam, war die Optimierung der Abkühlgeschwindigkeit. Gesucht wurden unter anderem Alternativen zum Bainitisieren im Salzbad sowie Alternativen zu flüssigen Abschreckmedien wie Öl oder Polymer für innovativ hergestellte Metallteile. Hauptaspekte waren dabei die Umweltverträglichkeit und die Reduzierung bzw. Vermeidung von Reinigungsnachbehandlungen.

F & E Projekt
Die Optimierung des Abkühleffekts im Wirbelbett wurde im Rahmen eines F&E-Projekts von Schwing Technologies und Peer Energy zusammen mit dem Center of Heat Treat Exellence am Worcester Polytechnic Institute (WPI) in Worcester, Massachusetts, in den USA mit dem Schwerpunkt Bainitisieren durchgeführt. Aufgrund der erforderlichen Vergleichbarkeit wurden standardisierte Methoden und Proben verwendet. Mehrere Vorversuche zur Untersuchung der Fluidisierungsgase und Badmedien sowie alle Wärmebehandlungsversuche wurden im Technikum von Schwing Technologies begleitet. Für die metallographischen Untersuchungen und Werkstoffprüfungen war das WPI verantwortlich. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich im Wesentlichen auf die dritte Versuchsreihe bei Schwing Technologies für AISI 5160, bei der das Optimierungsziel erreicht wurde.

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Abbildung 1: Funktionsprinzip einer Wirbelbettanlage zur Wärmebehandlung Fotonachweis: SCHWING Technologies