AT301593B - Verfahren zur Aufkohlung von Stahlgegenständen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufkohlung von Stahlgegenständen, wobei die Stahlgegenstände in einen Wärmebehandlungsofen mit einer kohlenstoffhaltigen Ofenatmosphäre eingebracht und in dieser
Ofenatmosphäre eine definierte Zeit, maximal bis zum temperaturabhängigen Austauschgleichgewicht, behandelt werden, während der Ofenatmosphäre eine oder mehrere kohlenstoffhaltige Verbindungen beigegeben werden. 



   Verfahren der vorstehend beschriebenen Gattung sind bekannt   (vgl."Härterei-Techn. Mitt. 1968,   Seite 101 bis 110 und 1970, Seiten 17 bis 22 sowie DDR-Patentschrift Nr. 63902). Diese bekannten Verfahren gehen dabei davon aus, dass man unter Berücksichtigung aller möglicher variabler Parameter eine mathematische Funktion zwischen C-Potential und Aufkohlungsgrad aufstellen kann, so dass bei vorgegebenem Aufkohlungsgrad nur das dementsprechende C-Potential in der Ofenatmosphäre eingestellt werden muss. Die Bestimmung des jeweils herrschenden C-Potentials wird bei allen bekannten Verfahren letzten Endes durch Analyse der Ofenatmosphäre vorgenommen. Dazu ist insbesondere die sogenannte Folienmethode geeignet, bei der eine Folie aus reinem Eisen mit der   Ofenatmosphäre   ins Gleichgewicht gebracht wird.

   Der Kohlenstoffgehalt dieser Folie wird durch Analyse oder auch durch Härteprüfung bestimmt. Nachteilig ist hiebei, dass diese Methode nicht fortlaufend durchgeführt werden kann, weil die Folie zur Analyse aus der Ofenatmosphäre entfernt werden muss. Ausserdem kennt man die sogenannte Widerstandsdrahtmethode, bei der die Leitfähigkeit eines in der Ofenatmosphäre liegenden Drahtes aus Weicheisen gemessen wird. Nachteilig ist in all diesen Fällen, dass der jeweils ermittelte Messwert nicht direkt ein Mass für den Aufkohlungsgrad, sondern nur für das C-Potential ist.

   Eine genaue Einstellung des Aufkohlungsgrades ist folglich nur dann möglich, wenn einerseits die theoretischen Zusammenhänge zwischen Aufkohlungsgrad und C-Potential in Abhängigkeit vom Werkstoff des aufzukohlenden Gegenstandes hinreichend genau bekannt sind und anderseits die stets erforderliche Eichung beim eigentlichen Aufkohlungsprozess noch gültig ist. 



   Der momentane Aufkohlungsgrad wird nach den bekannten Verfahren messtechnisch nicht erfasst. Er kann nur über die Theorie vorhergesagt werden, wobei grössere Fehler nicht ausgeschlossen werden können. Zuerst ist dazu im Rahmen der bekannten Verfahren der Einsatz komplizierter Prozessrechner erforderlich. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Aufkohlung von Stahlgegenständen anzugeben, bei dem der Aufkohlungsgrad in Abhängigkeit von der Zeit gemessen und gesteuert werden kann. 



   Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass im Wärmebehandlungsofen ein Raumteil mittels einer im wesentlichen aus dem Werkstoff der zu behandelnden Stahlgegenstände bestehenden Trennwand abgetrennt und durch diesen Raumteil ein nicht kohlenstoffhaltiges Gas in definierter Menge hindurchgeführt, dessen Kohlenstoffgehalt in Strömungsrichtung hinter dem Wärmebehandlungsofen bestimmt und dementsprechend die Zugabe der kohlenstoffhaltigen Verbindungen zur Ofenatmosphäre dosiert wird.

   Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung wird dabei so vorgegangen, dass durch den abgetrennten Raumteil ein aus N2,   H   und   HO   zusammengesetzter Gasstrom hindurchgeführt und dieser hinter dem Behandlungsofen einer vollständigen Verbrennung unterzogen, im Anschluss die   CO 2-Konzentration   dieses Gasstromes gemessen und entsprechend dem erhaltenen Messwert die Zuführung der kohlenstoffhaltigen Verbindung in Form von Kohlenwasserstoffen dosiert wird. 



   Der durch die Erfindung erzielte Vorteil ist vor allem darin zu sehen, dass der Aufkohlungsprozess der Stahlgegenstände simultan an einem Referenzgegenstand gleicher Zusammensetzung simuliert und der Diffusionsprozess des Kohlenstoffs, d. h. der Aufkohlungsgrad, direkt durch Messung der Kohlenstoffkonzentration in endlicher Tiefe des Aufkohlungsprofils messtechnisch erfasst wird, so dass der Aufkohlungsgrad unmittelbar durch Regelung des Gehaltes an aufkohlenden Substanzen in der Ofenatmosphäre gesteuert werden kann. Umständliche Eichungen und die Zwischenschaltung eines Prozessrechners, wie dies bei den bekannten Verfahren der Fall ist, erübrigen sich somit.

   Dabei lässt sich die Dicke der Trennwand stets so wählen, dass in Zeiträumen, die klein sind im Vergleich zu der Behandlungszeit der Stahlgegenstände im Wärmebehandlungsofen insgesamt, eine messbare Diffusion des Kohlenstoffs durch die Trennwand hindurch stattfinden kann. Das lässt sich im einfachsten Fall mit entsprechend dünnwandigen Rohren verwirklichen. 



   Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch einen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eingerichteten Wärmebehandlungsofen. 



   Der in der Zeichnung dargestellte   Wärmebehandlungsofen-l-besitzt   die Form eines Topfofens, in dem sich auf einem Rost--2--zu behandelnde   Stahlgegenstände --3-- befinden.   Der   Wärmebehandlungsofen-l-besitzt   einen abnehmbaren Deckel-4-. Im Ofenraum befindet sich ein Aufkohlungsgas aus CO, CO2,   H,     H2O   und CH4, welches durch Zuführung von CH4 über den   Stutzen-5--   eingestellt werden kann. Ein Teil des Ofenraumes ist abgetrennt,   u. zw.   durch das   Rohr--6--,   dessen dünne 
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 eine zeitlich definierte Menge eines N2,   H,     HO   enthaltenden Gases hindurchgeführt und gleichzeitig das CO aufgenommen, welches durch die Wand des Rohres hindurch diffundiert.

   Die Wärmebehandlungstemperatur möge 9000C betragen. 



   In Strömungsrichtung hinter dem   Wärmebehandlungsofen--l--wird   das nunmehr CO und 

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 gegebenenfalls bereits CO2 enthaltende Gas in einem Kontaktofen-7-einer vollständigen Verbrennung unterzogen, so dass danach mit Hilfe einer bekannten   Messeinrichtung --8-- die CO2 -Konzentration   gemessen werden kann. Dieser Messwert stellt ein direktes Mass für die an die Diffusionstrennwand abgegebene Kohlenstoffmenge dar. 



   Die Durch den   Stutzen --5-- zuzuführende CH4-Menge   kann nach diesem Messwert eingestellt werden, so dass eine genaue Regelung der wirksamen Konzentration des Austauschelementes in der Ofenatmosphäre bzw. des Stoffaustausches selbst erreicht ist. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Aufkohlung von Stahlgegenständen, wobei die Stahlgegenstände in einen Wärmebehandlungsofen mit einer kohlenstoffhaltigen Ofenatmosphäre eingebracht und in dieser Ofenatmosphäre eine definierte Zeit, maximal bis zum temperaturabhängigen Austauschgleichgewicht, behandelt werden, während der Ofenatmosphäre eine oder mehrere kohlenstoffhaltige Verbindungen beigegeben werden,   dadurch ge-   kennzeichnet, dass im Wärmebehandlungsofen ein Raumteil mittels einer im wesentlichen aus dem Werkstoff der zu behandelnden Stahlgegenstände bestehenden Trennwand abgetrennt und durch diesen Raumteil ein nicht kohlenstoffhaltiges Gas in definierter Menge hindurchgeführt,

   dessen Kohlenstoffgehalt in   Strömungsrichtung   hinter dem Wärmebehandlungsofen bestimmt und dementsprechend die Zugabe der kohlenstoffhaltigen Verbindungen zur Ofenatmosphäre dosiert wird. 
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Claims (1)

1. Raumteil ein aus N2, H2 und H20 zusammengesetzter Gasstrom hindurchgeführt und dieser hinter dem Behandlungsofen einer vollständigen Verbrennung unterzogen, im Anschluss daran die CO2-Konzentration dieses Gasstromes gemessen und entsprechend dem erhaltenen Messwert die Zuführung der kohlenstoffhaltigen Verbindungen in Form von Kohlenwasserstoffen dosiert wird.