Title

HEAT TREATMENT OF MICRO-COMPONENTS IN A DROP- DOWN TUBE FURNACE

TRATAMENTO TÉRMICO DE MICRO-COMPONENTES EM FORNO TUBULAR TIPO “DROP-DOWN”

Authorship

Bargen, R. von; Hehl, A. von; Zoch, H.-W.

Bargen, R. von

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Hehl, A. von

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Zoch, H.-W.

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DOI

10.5151/2594-5327-17047

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Abstract

To face the increasing demands in the production of micro-components concerning dimension, quantity, costs and quality new production processes must be developed. At the University of Bremen the Collaborative Research Center 747 “Micro Cold Forming” funded by the German Research Foundation was founded to deal with the resulting challenges. An elementary process during manufacturing is the heat treatment to generate desired properties of the final product, e.g. mechanical strength, for later applications. For hardening micro components with a wall thickness of 50 to 100 μm made of steel a new facility for carrying out the heat treatment during falling through a heated tube was designed to avoid problems of loading the sensitive components. In a 5.5 m high drop-tube furnace, at temperatures up to 1300°C, micro components made of sheet carbon steel can be hardened in the furnace. After set-up of the furnace and measuring the temperature distribution in the tube and the drop times, hardening tests have been performed and the microstructure of the specimens has been evaluated. For tube furnace temperatures above 1100°C, micro components made of steel quality C100 could be austenitised in approximately 3.5 seconds and be hardened by quenching in water or ambient air. The resulting microstructure is very homogeneous. No influence of the quenching method on the microstructure could be detected. An increase in Martens hardness from 2196 HM 0.05/5.0/1.0 [N/mm2] up to nearly 6200 HM 0.05/5.0/1.0 [N/mm2] was realized. Furthermore the hardness distribution was measured across the sample thickness.

Para atender a crescente demanda na produção de micro-componentes com dimensões precisas, alta quantidade, baixo custo e alta qualidade torna-se necessário o desenvolvimento de novos processos. Para lidar co os desafios resultantes disto, a Universidade de Bremen em collaboração com a Fundação de Pesquisas Alemã fundaram um centro de pesquisas “Micro Cold Forming” (SFB 747). Um processo elementar durante a produção para alcançar as propriedades desejadas do produto final é o tratamento térmico. Para endurecimento de micro-componentes de aço com paredes de espessura de 50 μm a 100 μm um forno novo foi desenvolvida, o qual evita problemas com a manipulação destes micro-componentes. Chapas de aço carbono podem ser térmicamente tratadas em um forno tubular com altura de 5.5 m a temperaturas acima de 1300°C. Apos ajuste dos parâmetros de forno e medição da distribução de temperatura no tubo e do tempo de queda da peça no forno, testes do endurecimento foram realizados e a microestrutura das amostras foi analisada. Micro-components de aço AISI 1095 podem ser austenitizadas acima de 1100 C durante 3.5 segundos e endurecidos por têmpera em água e ao ar. A microestrutura resultante é homogênea e não foi detectada influência de método de têmpera. Observou-se um aumento na dureza Martens de 2196 HM 0.05/5.0/1.0 [N/mm2] ate cerca de 6200 HM 0.05/5.0/1.0 [N/mm2].

Keywords

Drop-down tube furnace; C100; AISI 1095; Hardening; CRC 747 “Micro cold forming”.

Forno tubular tipo “drop-down”; C100; AISI 1095; Endurecimento; SFB 747 “Micro cold forming”.