Wärmebehandlung
Übersicht
Wir haben
• einen Schleudergußofen Titan-Cast der Fa. Linn (bis 1900 °C, optional mit Schutzgas)
• einen Kammerofen der Fa. Heraeus (bis 1200 °C, optional mit Schutzgas)
• einen Kammerofen der Fa. Ceram-Aix (bis 2000 °C, optional mit Schutzgas)
• einen Druckgußofen der Fa. Wieland (bis 1600 °C, optional mit Schutzgas)
• einen waagerecht und senkrecht einsetzbaren Rohrofen der Fa. Agni (bis 1200 °C, optional mit Schutzgas) kombiniert mit einem Probentransportsystem zur thermischen Wechselbelastung und Korrosionsprüfung von Bauteilen
• mehrere kleine Tischschmelzöfen
Die Anwendungsfälle der verschiedenen Ofenarten sind grundsätzlich sehr unterschiedlich und werden im folgenden Text kurz erläutert. Allen gemeinsam bei uns ist, dass sie auch im Rahmen der Studentenausbildung eingesetzt werden.
Der Schleudergussofen funktioniert folgendermaßen. Das Schmelzmaterial wird in einen Tiegel gegeben, der im oberen Bereich einen Ausguß hat. Dieser ist über ein Keramikröhrchen mit der Form verbunden. Unsere Formen sind wiederverwertbar und aus verschiedenen hitzebeständigen Materialien. Es sind aber auch verlorene Formen vorstellbar. Alles befindet sich in einer vakuumdichten Kammer, die die eine Seite eines um die Senkrechte drehbaren Schleuderarms ist. Die andere Seite besteht aus einem verschiebbaren Gegenwicht, mit dem alles ins Gleichgewicht gebracht werden kann.
Geschmolzen wird das Material im Tiegel mit Hilfe einer Induktionsspule, die den Tiegel von unten umschliesst. Auch hier kann Argon als Schutzgas verwendet werden. Die Temperaturkontrolle erfolgt über ein Pyrometer. Erst wenn das Material geschmolzen ist und einige andere Parameter o.k. sind, setzt sich der Schleuderarm in Bewegung (bis zu 500 Umdrehungen pro Minute, die in nach mindestens einer Sekunde erreicht werden). Durch die Fliehkraft wird die flüssige Schmelze in die Form geschleudert wo sie dann während des Drehens erstarrt. Nach dem Auslaufen des Schleuderarms kann die Form entnommen werden. Danach beginnt dann das Entformen.
Die Kammeröfen werden für eine Vielzahl von verschiedenen Wärmebehandlungen eingesetzt. So werden z.B. in Verbindung mit einer Stirnabschreckversuchseinrichtung, die im Rahmen eines Projektes von Studenten selbst entworfen und gebaut wurde, die Grundlagen der Wärmebehandlung von Stählen im Werkstoffkundelabor vermittelt.
Mit dem Druckgußofen, der eine freundliche Dauerleihgabe der Fa. Wieland in Pforzheim ist, können kleine Teile (z.B. Schmuck, Kronen für künstliche Zähne) hergestellt werden. Dafür werden die Legierungen bzw. einzelnen Legierungsbestandteile in einen Tiegel gegeben und die eigentliche Form über Kopf auf den Tiegel gestellt. Nach Schliessen des Deckels ist alles fixiert. Jetzt wird das Material im Tiegel geschmolzen. Hierbei kann auch Argon als Schutzgas verwendet werden. Anschliessend wird der ganze Ofen um 180° auf den Kopf gedreht und die Schmelze fliesst in die Form. Dabei wird mit Gasdruck für eine vollständige blasenfreie Füllung der Form gesorgt. Nach einer kurzen Abkühlzeit dreht sich der Ofen zurück und die Form kann entnommen werden.
Der Rohrofen hat eine Rohrlänge von 500 mm und einen Rohrdurchmesser von 70 mm. Mit den gasdichten Edelstahlflanschen kann er auch mit Schutzgas oder Formiergas betrieben werden. Der Ofen kann aus der Waagerechten in die Senkrechte geschwenkt werden. Im Rahmen eines Studentenprojektes haben wir uns für den waagerechten Betrieb eine pneumatische Transport-Vorrichtung inklusve einer Computersteuerung gebaut, die es ermöglicht, Proben automatisch in das Rohr hinein und aus dem Rohr heraus zu fahren. Mit dieser Einrichtung kann die Ermüdung von Werkstoffen bei häufig wechselnden Temperaturen (bis max. 1200°C) getestet werden. Es besteht die Möglichkeit, die Proben nach der Erwärmung an Luft oder in Flüssigkeiten abzukühlen. Dabei können zudem verschiedene Materialien bzgl. ihrer Korrosionsbeständigkeit geprüft werden. Die Steuerungssoftware wurde mit LabVIEWerstellt. Die Zeitintervalle der verschiedenen Prüfzyklen sind beliebig wählbar.
Mit den Tischschmelzöfen lassen sich im Grundlagenlabor der Werkstoffkunde an verschiedenen Legierungen Abkühlungskurven als Vorbereitung für die Darstellung von Zustandsschaubildern ermitteln, sowie kleinere Wärmebehandlungen vornehmen oder Legierungen erschmelzen.