AT404139B - Verfahren zur wärmebehandlung von werkstücken unter behandlungsgas - Google Patents
Verfahren zur wärmebehandlung von werkstücken unter behandlungsgas Download PDFInfo
- Publication number
- AT404139B AT404139B AT0233394A AT233394A AT404139B AT 404139 B AT404139 B AT 404139B AT 0233394 A AT0233394 A AT 0233394A AT 233394 A AT233394 A AT 233394A AT 404139 B AT404139 B AT 404139B
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- atmosphere
- carburization
- gas
- carbon
- treatment
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000011282 treatment Methods 0.000 title claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 41
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 claims description 22
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 7
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims 4
- 238000004904 shortening Methods 0.000 claims 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical class [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/20—Carburising
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Description
AT 404 139 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung, insbes. Aufkohlung, metallischer Werkstücke in einem Ofen unter hohen Temperaturen und in einer Gasatmosphäre, bei dem die zugehörige Gasatmosphäre durch Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgases, insbesondere von Erdgas oder Propan, mit einem weiteren, elementaren Sauerstoff enthaltenden Medium, insbesondere Luft, erzeugt wird (Endogasverfah-ren), wobei diese Umsetzung gegebenenfalls unterstützt durch eine Generator- oder Katalysatoreinrichtung beim oder im Ofen durchgeführt wird und wobei gegebenenfalls der Atmosphäre zusätzlich ein Anreicherungsmittel zur geeigneten Einstellung des Kohlenstoffpegels zugeführt wird.
Von dem mit der einleitenden Charakterisierung umfaßten, klassischen Generator-Endogasverfahren zum Aufkohlen, entkohlenden und kohlungsneutralen Wärmebehandeln von Gut ist es bekannt,daß ein für die genannten Behandlungen geeignetes Behandlungsgas durch unterstöchiometrische Verbrennung von bspw. Erdgas oder Propan mit Luft bei Zufuhr großer Mengen an Hilfsenergie erzeugbar ist. Bei anderen gängigen Verfahren auf der Basis der gleichen Ausgangsstoffe wird das Behandlungsgas durch eine oder mehrere im Wärmebehandlungsofen angeordnete Katalysatorretorten und dortige Umsetzung der besagten Ausgangsstoffe hergestellt (siehe hiezu z.B. Fachartikel "Grundsätzliche Voraussetzungen für die Verringerung des Gasverbrauchs bei der geregelten Gasaufkohlung" aus HTM 35/ 1980 Nr.5, Seiten 230 bis 237,insbes. Kap.1.1 sowie z.B. DE-OS 23 63 700 (BBC) oder EP-PS 0 261 461). Ebenso sind in jüngerer Zeit Verfahren bekannt geworden, die eine geeignete Ofenatmosphäre durch Direkteinspeisung eines Erdgas-Luft-Gemisches in einen Ofen erzielen, die also ohne Generator oder Katalysator arbeiten ( siehe HTM 46/1991 Nr.4, Seiten 248 bis 253).
Betrachtet man die oben beschriebenen Verfahren anhand der die Atmosphäre liefernden Umsetzungsreaktionen näher, also z.B anhand von 2 CH4 + 02 + 4 N2 —> 2 CO + 4 H2 + 4 N2 und C3H8 + 1,5 02 + 6 N2 —> 3 CO + 4 H2 + 6 N2, so kann festgestellt werden, daß die gebildeten Atmosphären ein CO-zu-H2-Verhältnis von 1 bzw.1,5 zu 2 und einen StickstoffanteiI von 40 bzw. ca. 46 % aufweisen. Dabei ist anzumerken, daß z.B. für Aufkohlungsprozesse insbesondere Atmosphären, bei denen das Produkt pCo x Ph2 ein Maximum annimmt, also das CO-zu-H2-Verhältnis 1 zu 1 ist, und bei denen der Stickstoffanteil niedrig liegt, besonders vorteilhaft sind (siehe oben zitierten Fachartikel "Grundsätzliche Voraussetzungen ...”, S.231). Stickstoffarme Atmosphären mit dem optimalen CO-zu-H2-Verhältnis von 1 zu 1 auf einfache und auf der Basis bekannter, insbesondere auf einer Umsetzung von Luft und einem Kohlenwasserstoffgas (KW-Gas) beruhender Verfahren auszubilden ist jedoch eine bislang nicht befriedigend gelöste Aufgabe ( siehe z.B. DE 41 10 361 A1 - aufwendige Vorgehensweise).
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nunmehr dadurch gelöst, daß zumindest während eines Abschnitts einer Wärmebehandlung wenigstens teilweise anstelle des elementaren (nichtgebundenen) Sauerstoff enthaltenden Mediums (welches in der Regel Luft ist) Kohlendioxid (C02) zur Atmosphärenbildung herangezogen wird, wobei das Kohlendioxid in einer zur Umsetzung der gegebenen Kohlenwasserstoffgasquantität geeigneten Menge anstelle des entsprechend vermindert zugeführten Sauerstoff enthaltenden Mediums zum jeweiligen Umsetzungsaggregat - oder dem Ofen direkt - zugeleitet wird.
Aus ökonomischen Gründen wird die C02-Zugabe mit Vorteil nicht über einen gesamten Wärmebehandlungsablauf hinweg ausgeführt, sondern diese wird gemäß einer Kosten-Nutzen-Abwägung günstigerweise höchsten bis zu 80% der Zeitdauer eines Behandlungsvorgangs ausgedehnt, während im verbleibenden eine Atmosphäre allein aus Kohlenwaserstoffgas und Luft gebildet wird. In nahezu allen Wärmebehandlungen lassen sich alle erzielbaren Vorteile bereits auf diese Weise erhalten.
Der Effekt der C02-Zugabe wird im Beispielfall des Kohlenwasserstoffgases Methan (Erdgases besteht überwiegend aus Methan) an folgenden Gleichungen sichtbar: 2 CH4 + 02 + 4 N2 ~> 2 CO + 4 H2 + 4 N2 2 CH4 + 1/2 02 + 1 C02 + 2 N2 —> 2 CO + CO + 4 H2 + 2 N2 2 CH4 + 2 C02 + 0 N2 —> 2 CO + 2 CO + 4 H2
Es ist erkennbar, daß mit steigendem Einsatz von Kohlendioxid anstelle von Luft (=02 + 4 N2) ein stickstoffärmeres Behandlungsgas entsteht, welches darüber hinaus ein mehr und mehr gegen 1 zu 1 gehendes Verhältnis von CO zu H2 aufweist. Diese Tendenzen besitzen Vorteile, wie sie dem bereits oben zitierten Fachartikel entnehmbar sind (bspw.eine hohe Kohlenstoffübergangszahl ß). Demgegenüber steht jedoch nachteilig der Umstand, daß das erfindungsgemäße Vorgehen die Bereitstellung eines zusätzlichen, kostenverursachenden Ausgangsstoffes, nämlich des Kohlendioxids, bedingt. Es hat sich jedoch gezeigt, 2
AT 404 139 B daß der erfindungsgemäße Vorschlag in der Praxis dennoch eine vorteilhafte Option darstellt, da sich einerseits die Kostensteigerung durch das C02 bei geschicktem und limitiertem Einsatz in Grenzen hält, während anderseits Vorteile bei Aufkohlungen · erhöhte Aufkohlungsgeschwindigkeit - ebenso wie bei sonstigen Glühbehandlungen erzielbar sind. Im übrigen sind in Verbindung mit der Erfindung - neben dem 5 geeigneten Anschluß einer C02-Quelle an der Luftzuführung und einer einfachen Zusatzsteuerung - keine weitergehenden Veränderungen an vorhandenen Behandlungsanlagen vorzunehmen, so daß sich der erfindungsgemäß notwendige Aufwand in vertretbaren Grenzen hält.
Mit Vorteil wird gemäß der Erfindung gleichzeitig zur Einschaltung der C02-Zugabe und der Verminderung der Luftzufuhr eine erhöhte Zufuhr von Kohlenwasserstoffgas (KW-gas) eingeleitet, wobei die Gesamt-io zugabemengen von C02 und von KW-Gas dabei nach wie vor stöchiometrisch aufeinander abgestimmt sind. Dadurch ergibt sich beispielsweise im Falle des Methans mit einer 25 %-igen Erhöhung der Kohlenwasserstoffgaszufuhr eine Atmosphäre gemäß 2,5 CH4 + 0,5 02 + 1,5 C02 + 2 N2 —> 2 CO + 2 CO + 5 H2 + 2 N2. 75 ‘
Es wird damit also eine deutlich vergrößerte Menge an Produktgas als bei konstanter KW-gaszufuhr erhalten (vgl. mittlere Reaktionsgleichung oben), wodurch beispielsweise problemlos eine der ursprünglich mit Luft erzeugte Atmosphärengasmenge etwa entsprechende Gasmenge hergestellt werden kann. Auf diese Weise ist es also möglich, auf der Basis von C02 eine mengenmäßig ausreichende oder sogar 20 gesteigerte Versorgung von Wärmebehandlungen mit Behandlungsgas zu bewerkstelligen.
Die grundsätzlich verfügbare Luft kann gemäß vorliegender Erfindung bei laufender C02-Zufuhr entweder teilweise oder auch vollständig abgeschaltet werden. Häufig ist,wie festgestellt wurde, insbesondere sogar die völlige Einstellung der Luftzufuhr in der C02-Zugabephase vorteilhaft, beispielsweise beim kohlungsneutralen Glühen hochkohlenstoffhaitiger Werkstücke (z.B.ein 100Cr6-Werkstoff), da dann die 25 Zugabe von Fettungsgas weitgehend entfallen kann, wobei hiebei vorteilhafterweise insbesondere im Mittelteil der Glühbehandlung ein relativ langer C02-Einsatz erfolgt.
Besondere Vorteile werden mit der Erfindung speziell im Falle einer aufkohlenden Wärmebehandlung und dabei insbesondere dann erhalten, wenn dort im einleitenden, unter Umständen nur etwa 5 oder auch bis zu 70 % der Gesamtbehandlungsdauer umfassenden Hochkohlungabschnitt dieser Behandlung C02 zur 30 Atmosphärenbildung herangezogen wird, während im verbleibenden die Atmosphärenbildung ohne C02-Zugabe erfolgt.
Hiebei ist nochmals an die bereits gezeigten Reaktionsgleichungen zu erinnern, aus denen ersichtlich ist, daß mit der Erfindung ein CO-zu-H2-Verhältnis im sich ergebenden Behandlungsgas von besser als 1 zu 2 erhalten wird, womit man sich dem theoretisch für eine Aufkohlung optimalen Verhältnis von 1:1 annähert. 35 Damit einher geht, daß dann eine günstige Kohlenstoffübergangszahl ß vorliegt.
Diese Kohlenstoffübergangszahl ß einer Atmosphäre ist für eine Aufkohlung und vor allem deren Inititalisierungsphase von großer Bedeutung, da in dieser anfänglichen Phase die jeweiligen Werkstücke noch die relativ niedrigsten C-Anteile in den Oberflächenschichten aufweisen und daher die C-Aufnahme dieser Werkstücke in dieser Phase sehr wesentlich von der C-Anlieferung abhängt, für die wiederum die 40 besagte C-Übergangszahl ein Maß ist. In zeitlich später liegenden Abschnitten einer Aufkohlung tritt die Bedeutung dieser C-Anlieferung allerdings zunehmend in den Hintergrund, da dann die Randschichten der aufzukohlenden Werkstücke einen abgesättigten Kohlenstoffgehalt erreicht haben und die Aufkohlungsgeschwindigkeit im weiteren von der Abdiffusion des Kohlenstoffs von der Oberfläche ins Werkstückinnere dominiert wird. Daher ist in späteren Phasen einer Aufkohlung die C-Übergangszahl ß für die Aufkohlungs-45 geschwindigkeit nicht mehr von so großer Bedeutung, und es kann, wie auch erfindungsgemäß vorgesehen, auf eine Atmosphäre mit ntedigerer 0-Zahl umgestellt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch zeitlich entsprechend angeordnete Beendigung der erfindungsgemäßen C02-Zugabe unter gleichzeitiger Wiedereinschaltung oder Erhöhung der üblichen Luftzufuhr. Für die Kohlenstoffübertragungsfähigkeit einer Gasatmosphäre ist neben dem Mengenverhältnis des so Kohlenmonoxids zum Wasserstoff auch der Stickstoffgehalt der Atmosphäre wesentlich. Die größten Vorteile hinsichtlich eines schnellen Aufkohlungsprozesses werden mit einer Atmosphäre erzielt, die keinerlei Stickstoff enthält. Daher wird gemäß der Erfindung in der wichtigen Initialisierungsphase einer Aufkohlung bevorzugt eine völlig stickstofffreie Atmosphäre angestrebt, welche durch eine Atmosphärenbildung ohne Luftzufuhr gemäß 55 CH4 + C02 —> 2 CO + 2 H2 erhalten wird. Auf diese Weise ergibt sich also eine vollkommen stickstofffreie Aufkohlungsatmosphäre, die 3
AT 404 139 B darüber hinaus das optimale CO-zu-H2-Verhältnis von 1 zu 1 aufweist.
Anhand eines Ausführungsbeipiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert:
In einem Kammerofen sollen Stahlwerkstücke, beispielsweise Zahnräder, in einer etwa zweieinhalbstündigen Aufkohlungsbehandlung mit einer harten Außenschicht versehen werden, die eine Einhärtungstiefe von ca. 0,6 mm besitzt. Dies kann grundsätzlich mit einer Behandlungsatmosphäre erfolgen, die in vorbekannter Weise auf der Basis von Erdgas und Luft entweder und mittels eines externen Gasgenerators oder mittels eines, in der Ofenkammer angeordneten Katalysatoreinsatzes erzeugbar ist. Dabei wird das Erdgas und die Luft gemäß 2 CH4 + 1 02 + 4 N2 —> 2 CO + 4 H2 + 4 N2 in eine N2 sowie CO und H2 enthaltende Trägergasatmosphäre umgesetzt, wobei diese Atmosphäre ein CO-zu-H2-Verhältnis von 1 zu 2 aufweist. Mit dieser Atmosphäre handelt es sich um die allgemein sehr gebräuchliche, sogenannte Endogasatmosphäre mit 20% CO, 40% H2 und 40% N2. Bei einer mittleren Ofengrößen sind für einen effektiven Aufkohlungsablauf mit dieser Atmosphäre z.B. etwa 10 Kubikmeter (cbm) Gesamtmenge Behandlungsgas pro Stunde zuzuführen, wobei hiezu 2 cbm Erdgas und 5 cbm Luft als Ausgangsmengen notwendig sind. Über diese grundsätzliche Atmosphärenbereitstellung hinaus ist ganz allgemein die Einstellung dieser Atmosphäre hinsichtlich des C-Pegels erforderlich. Dazu ist die Zugabe eines weiteren Mediums, nämlich die eines Anreicherungsgases, bspw. Erdgas, notwendig, welche bei der beschriebenen 10-cbm-Endogasat-mosphäre mit etwa 0,25 cbm pro Stunde anzusetzen ist. Die Zugabe des Anreicherungsmittels erfolgt abgetrennt von der Zufuhr des Behandlungsgases und sie wird üblicherweise geregelt unter Messung einer signifikanten Größe der Behandlungsatmosphäre ausgeführt. Beim gesamten Aufkohlungsprozeß sind ferner günstigerweise Ofentemperaturen im Bereich von 800 bis 1050 * C, vorzugsweise Temperaturen von 850 bis 950 * C, einzustellen. Eine in vorbekannter Weise gefahrene Aufkohlung würde dann z.B. in der Weise ausgeführt, daß die beschriebene Endogasatmosphäre mit einer geeigneten C-Pegeleinstellung über einen gesamten Aufkohlungsprozeß gleichbleibend aufrechterhalten würde.
Gemäß der Erfindung wird jedoch ein Aufkohlungsprozeß wie folgt durchgeführt:
Nach Beendigung einer vorhergehenden Aufkohlung und bei der Zufuhr einer neuen Charge von aufzukohlenden Werkstücken ist in einem Ofen beispielsweise eine Standard-Endogasamtosphäre voreingestellt. Kurze Zeit nach der Beschickung und bereits vor der vollständigen Annäherung der zu behandelnden Werkstücke an die endgültige Behandlungstemperatur wird nunmehr erfindungsgemäß die Atmosphärenerzeugung in der Weise umgestellt, daß die Luftzufuhr zum Gasgenerator oder zur Katalysatorretorte völlig eingestellt wird, während gleichzeitig mit der Zufuhr von ca. 2,5 cbm C02 und mit einer um ca. 25 % erhöhten Zufuhr von KW-gas, hier Methan, begonnen wird. In der Folge wird also ein Behandlungsgas gemäß 2,5 CH4 + 2,5 C02 —> 5 CO + 5 H2 erzeugt (Zusammensetzung: 50 % CO, 50% H2), wobei die Produktgasmenge der vorher erzeugten Endogasmenge entspricht. Prinzipiell kann die Produktgasmenge im Vergleich zur vorherigen Endogasmen-ge auch etwas erhöht oder erniedrigt werden, wobei sich dies nach den jeweiligen Verhältnissen und Wünschen richtet. Eine Erhöhung der Gasflußmenge liefert dabei grundsätzlich hinsichtlich der vorhandenen Abläufe einen zusätzlich beschleunigenden Effekt und ist vor allem auch bei großen Chargenoberflächen vorteilhaft. Generell ist jedoch auch bei der umgestellten Atmosphäre die Anreicherung geeignet aufrechtzuerhalten, wobei dies - wie üblich - über die Messung des Sauerstoffpotentials, des C02-Gehalts oder des Taupunkts der jeweiligen Atmosphäre und die entsprechende Erdgaszufuhr erfolgen kann (siehe z.B. mehrfach zitierten Fachartikel, S. 236).
Auf die geschilderte Weise werden also aus ca. 2,5 cbm CH* und ca 2,5 cbm C02 pro Stunde 10 cbm stickstofffreie Aufkohlungsatmosphäre pro Stunde gebildet, wobei diese Atmophäre aufgrund ihres 1 zu 1 betragenden CO-zu-H2-Verhältnisses eine extrem hohe Kohlenstoff übergangszahl ß aufweist (jSfheor. = 3,1 * 10” 5 m/s).
Mit dieser Basisatmosphäre wird also gemäß der Erfindung die Aufkohlung der besagten Werkstücke eingeleitet und diese im folgenden bis zu einem Zeitpunkt weitergeführt, an dem durch den hohen Kohlenstoffeintrag dieser Atmosphäre keine weitere Beschleunigung der Aufkohlungsgeschwindigkeit mehr erreicht werden kann. Dies ist bekanntermaßen dann, der Fall, wenn die Randschichten der aufzukohlenden Werkstücke einen abgesättigten Kohlensroffgehalt angenommen haben (kurz vor der Karbidbildung - Fe3C) und die weitere Aufkohlung dann nur rrshr von der Abdiffusion des Kohlenstoffs von der Oberfläche ins 4
Claims (4)
- AT 404 139 B Werkstückinnere bestimmt wird. Insbesondere bei großen Einhärtetiefen wird diese Diffusion letztlich für die gesamte Aufkohlungsdauer bestimmend, während bei geringen Einhärtetiefen die schnelle Randaufkohlung, also der effiziente Kohlenstoffübertrag, die insgesamt dominierende Rolle spielt. In einer abgewandelten Version kann die beschriebene Aufkohlung erfindungsgemäß auch mit einer anfänglichen Aufkohlungsatmosphäre begonnen werden, die nicht auf der Basis einer völlig eingestellten Luftzufuhr gebildet wird, sondern die auf dem Wege einer verringerten Luftzufuhr gekoppelt mit sparsamerer C02-Zugabe erhalten wird. Z.B. ergibt sich eine solche mit 2,5 CH4 + 0,5 02 + 1,5 C02 + 2 N2 —> 2 CO + 2 CO + 5 H2 + 2 N2. Auf diesem Wege wird also eine Behandlungsgasatmosphäre mit ca 37 % CO, 47 % H2 und 16 % N2 erhalten, welche ebenfalls noch eine sehr leistungsfähige Initialatmosphäre für Aufkohlungen darstellt, die jedoch mit einer geringenen C02-Zugabe auskommt. In jedem Falle wird jedoch nach Erreichen eines gesättigten Randkohlenstoffgehalts die weitergehende Aufkohlung des Aufkohiungsguts durch die Kohlenstoffdiffussion in tiefere Werkstückschichten bestimmt, wobei der Beginn der Diffussionsphase im Einzelfall im wesentlichen vom jeweiligen Verhältnis der C-Pegel in der Hochkohlungsphase CPH und der Diffussionsphase cPo sowie dem am Ende einer Behandlung tatsächlich gewünschten Randkohlenstoffgehalt abhängt. Diese Diffussionsphase kann daher bereits nach Ablauf von 5 % oder erst auch nach Ablauf von 70 % der Gesamtaufkohlungsdauer erreicht werden, wobei dies im wesentlichen von der Werkstückgröße, dem Aufkohlungsausmaß und der beabsichtigten Aufkohlungstiefe abhängig ist. ErfindungsgemäB erfolgt daher die Rückschaltung der oben angesprochenen Atmosphären beispielsweise auf die Standard-Endogasatmosphäre nach 5 bis 70 %, vorzugsweise nach 10 bis 50%, der Gesamtaufkohlungsdauer. Im oben geschilderten Beispielfall einer etwa auf zweieinhalb Stunden anzusetzenden Aufkohlung mit einer Eht von 0,6 mm also nach Ablauf von ca. 15 bis 70 Minuten. Dazu wird zu dem entsprechend festgelegten Zeitpunkt die CO2-Zugabe zum jeweiligen Umsetzungsaggregat abgestellt und gleichzeitig eine entsprechende Zufuhr von Erdgas und Luft wieder begonnen, wobei im übrigen nach wie vor eine geeignete Zufuhr von Anreicherungs-Erdgas zu erfolgen hat. Diese Erdgaszufuhr ist in der verbleibenden Diffussionsphase der Aufkohlung letztlich so einzustelien, daß der gewünschte Randkohlenstoffgehalt in den Werkstücken von der dann gebildeten Atmosphäre aufrechterhalten werden kann. Zur Erlangung der beabsichtigten maximalen Martensithärte einer Randschicht sind im Regelfall - abhängig vom behandelten Werkstoff -Gehalte zwischen 0,7 und 0,9 % C in der Randschicht einzustellen. Eine solche Atmosphäreneinstellung ist prinzipiell problemlos wiederum mit den bereits angesprochenen und an sich bekannten C-Pegelregelungen dieser nunmehr wiederum stickstoffhaltigen Atmosphäre möglich. Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird - vor allem durch die anfänglich angewandte, den Kohlenstofftransfer extrem fördernde Atmosphäre - eine Verkürzung von Aufkohlungsprozessen erzielt. Diese Verkürzung kann je nach Ausgangsbedingungen bis zu 30 % der üblichen Endogasaufkohlungsdauer erreichen, wobei die größten Zeitvorteile insbesondere bei geringeren Einhärtetiefen erzielbar sind, da bei diesen vor allem die Kohlenstoffübertragung und Hochkohlung zu Beginn der Behandlung von durchgreifender Bedeutung ist. Neben schnellen Aufkohlungen kann der erfindungsgemäße Verfahrensvorschlag ganz generell bei Wärmebehandlungen eingesetzt werden. Atmosphären gebildet aus C02 und Erdgas haben gegenüber herkömmlichen Endogasatmosphären bedingt durch den hohen CO-Gehalt ein erhöhtes sekundäres Kohlungsvermögen. Dies spielt insbesondere bei kohlungsneutralen Wärmebehandlungen eine wesentliche Rolle, da es mit einem hohen, sekundären Kohlungsvermögen vorteilhaft möglich ist, Werkstoffe mit höheren Matrixkohlenstoffgehalten wärmezubehandeln (keine Anreicherung erforderlich). Diese Atmosphären werden dabei bevorzugt im gesamten Mittelteil der jeweiligen Glühungen vorgesehen, während der einleitende und der Schlußabschnitt wiederum günstig mit Endogas betrieben werden. Ferner können erfindungsgemäß insbesondere auch Aufkohlungen von dünnwandigen Werkstücken, die nur eine sehr geringe Aufkohlungstiefe erhalten sollen, besonders vorteilhaft durchgeführt werden. Die Erfindung bietet also in einer Reihe von Standardwärmebehandlungen Vorteile, die den zugehörigen Aufwand ohne weiteres rechtfertigen. Patentansprüche 1. Verfahren zur Wärmebehandlung, insbes. Aufkohlung, metallischer Werkstücke in einem Ofen unter hohen Temperaturen und in einer Gasatmosphäre, bei dem die zugehörige Gasatmosphäre durch Umsetzung eines Kohienwasserstoffgases, insbe- 5 AT 404 139 B sondere von Erdgas oder Propan, mit einem weiteren, elementaren Sauerstoff enthaltenden Medium, insbesondere Luft, erzeugt wird, wobei diese Umsetzung gegebenfalls unterstützt durch eine Generator- oder Katalysatoreinrichtung beim oder im Ofen durchgeführt wird und wobei bedarfsabhängig zusätzlich der Atmosphäre ein Anreicherungsmittel zur geeigneten Einstellung des Kohlenstoffpegels zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während eines Abschnitts der Wärmebehandlung wenigstens teilweise anstelle des elementaren (nichtgebundenen) Sauerstoff enthaltenden Mediums Kohlendioxid (C02) zur Atmosphärenbildung herangezogen wird, wobei das Kohlendioxid in einer zur Umsetzung zu Behandlungsgasatmosphäre geeigneten Menge anstelle des entsprechend vermindert zugeführten, Sauerstoff enthaltenden Mediums zum jeweiligen Umsetzungsaggregat oder zum Ofen direkt zugeleitet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während eines maximal bis zu 80% der Gesamtbehandlungsdauer umfassenden Zeitintervalls innerhalb der Wärmebehandlung C02 zur Atmosphärenbildung eingesetzt wird.
- 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Einschaltung der C02-Zugabe eine erhöhte Zufuhr von Kohlenwasserstoffgas eingeleitet wird, wobei die Zugaben in stöchiometrisch aufeinander abgestimmten Mengen erfolgen.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Aufkohlung im einleitenden, 5 bis 70 % der Gesamtbehandlungsdauer einnehmenden Abschnitt dieser Behandlung C02 zur Atmosphärenbildung herangezogen wird (Hochkohlungsabschnitt), während im verbleibenden die Atmosphärenbildung ohne C02- Zugabe erfolgt (Diffussionsphase). 6
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4343927A DE4343927C1 (de) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken unter Behandlungsgas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ATA233394A ATA233394A (de) | 1998-01-15 |
AT404139B true AT404139B (de) | 1998-08-25 |
Family
ID=6505833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
AT0233394A AT404139B (de) | 1993-12-22 | 1994-12-14 | Verfahren zur wärmebehandlung von werkstücken unter behandlungsgas |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT404139B (de) |
CZ (1) | CZ326294A3 (de) |
DE (1) | DE4343927C1 (de) |
FR (1) | FR2714075A1 (de) |
IT (1) | IT1271268B (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3460075B2 (ja) * | 1995-12-28 | 2003-10-27 | 同和鉱業株式会社 | 金属の浸炭方法 |
DE19815233A1 (de) * | 1998-04-04 | 1999-10-07 | Ald Vacuum Techn Gmbh | Verfahren zur Vakuumaufkohlung unter Behandlungsgas |
US6287393B1 (en) | 1999-09-03 | 2001-09-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing carburizing atmospheres |
DE19951519A1 (de) * | 1999-10-26 | 2001-05-03 | Linde Gas Ag | Verfahren zur Erzeugung von CO- und H2-haltigem Behandlungsgas für die Wärmebehandlung von metallischem Gut |
DE10023409A1 (de) * | 2000-05-12 | 2001-11-15 | Linde Gas Ag | Gasgenerator und Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung von metallischem Gut sowie Wärmebehandlungsanlage mit einem Gasgenerator |
DE102004009288B4 (de) * | 2004-02-26 | 2005-12-15 | Universität Karlsruhe | Abgasnachbehandlung bei der Vakuumaufkohlung von Stahl |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2000060A1 (de) * | 1970-01-02 | 1971-07-08 | Maag Zahnraeder & Maschinen Ag | Verfahren zur Beschleunigung des Aufkohlens von Werkstuecken aus Stahl nach dem Generator-Traegergasverfahren |
DE3630833A1 (de) * | 1986-09-10 | 1988-03-17 | Linde Ag | Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung metallischer werkstuecke |
US5133813A (en) * | 1990-07-03 | 1992-07-28 | Tokyo Heat Treating Company Ltd. | Gas-carburizing process and apparatus |
DE4110361C2 (de) * | 1991-03-28 | 1998-04-30 | Linde Ag | Verfahren zum Gasaufkohlen von Eisenwerkstücken und Anlagen zu deren Durchführung |
-
1993
- 1993-12-22 DE DE4343927A patent/DE4343927C1/de not_active Revoked
-
1994
- 1994-12-14 AT AT0233394A patent/AT404139B/de not_active IP Right Cessation
- 1994-12-15 IT ITMI942516A patent/IT1271268B/it active IP Right Grant
- 1994-12-21 FR FR9415397A patent/FR2714075A1/fr active Pending
- 1994-12-21 CZ CZ943262A patent/CZ326294A3/cs unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ITMI942516A0 (it) | 1994-12-15 |
IT1271268B (it) | 1997-05-27 |
DE4343927C1 (de) | 1995-01-05 |
ATA233394A (de) | 1998-01-15 |
FR2714075A1 (fr) | 1995-06-23 |
CZ326294A3 (en) | 1996-07-17 |
ITMI942516A1 (it) | 1996-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2657644A1 (de) | Gasmischung zum einfuehren in einen eisenmetallbehandlungsofen | |
DE2450879A1 (de) | Verfahren zur waermebehandlung von eisenmetallen | |
DE3923999A1 (de) | Verfahren zum aufkohlen und vergueten von stahlteilen | |
DE2934930C2 (de) | ||
AT404139B (de) | Verfahren zur wärmebehandlung von werkstücken unter behandlungsgas | |
DE2928192A1 (de) | Verfahren und einrichtung zur kontinuierlichen ofen-hartloetung und gas- weichnitrierung | |
DE2245520A1 (de) | Verfahren zur behandlung von eisenhaltigen gefuegen | |
DE3204632C2 (de) | ||
DE3019830C2 (de) | Verfahren zum Aufkohlen und Erwärmen von Werkstücken aus Stahl in geregelter Ofenatmospähre | |
DE2837272B2 (de) | Verfahren zur Gasaufkohlung von Werk stucken aus Stahl | |
DE4110361C2 (de) | Verfahren zum Gasaufkohlen von Eisenwerkstücken und Anlagen zu deren Durchführung | |
EP0778354B1 (de) | Verfahren zur Schutzgasversorgung eines Wärmebehandlungsofens und Wärmebehandlungsanlage | |
AT401655B (de) | Verfahren zum gasaufkohlen | |
DE4427507C1 (de) | Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere Aufkohlung, metallischer Werkstücke | |
DE2435026A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines schutzgases mit definierter kohlungswirkung | |
DE3540282A1 (de) | Beschleunigtes karburierungs-verfahren mit diskreten medien | |
EP0779376A1 (de) | Verfahren zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke | |
EP0049532B1 (de) | Verfahren zum Aufkohlen und kohlungsneutralen Glühen von Werkstücken | |
EP0049531B1 (de) | Verfahren zum Einsatzhärten metallischer Werkstücke | |
DE1008763B (de) | Verfahren zur Herstellung von Atmosphaeren fuer die Gaszementierung von Eisenlegierungen | |
DE2000060A1 (de) | Verfahren zur Beschleunigung des Aufkohlens von Werkstuecken aus Stahl nach dem Generator-Traegergasverfahren | |
AT239293B (de) | Verfahren zum regelbaren Aufkohlen der Oberflächenschicht von Werkstücken aus Stahl | |
DE1279335B (de) | Vorlegierung zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen | |
DE2263603A1 (de) | Verfahren zur einsatzhaertung bzw. zur einsatzaufkohlung | |
WO2003097893A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung metallischer werkstücke |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ELJ | Ceased due to non-payment of the annual fee |