CZ2000569A3 - Způsob pro společnou oxidaci a tepelné zpracování součástek a zařízení pro jeho provádění - Google Patents

Způsob pro společnou oxidaci a tepelné zpracování součástek a zařízení pro jeho provádění Download PDF

Info

Publication number
CZ2000569A3
CZ2000569A3 CZ2000569A CZ2000569A CZ2000569A3 CZ 2000569 A3 CZ2000569 A3 CZ 2000569A3 CZ 2000569 A CZ2000569 A CZ 2000569A CZ 2000569 A CZ2000569 A CZ 2000569A CZ 2000569 A3 CZ2000569 A3 CZ 2000569A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
working space
components
oxide layer
ratio
oxidation
Prior art date
Application number
CZ2000569A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ298967B6 (cs
Inventor
Hans-Peter Schmidt
Original Assignee
Messer Griesheim Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7839802&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CZ2000569(A3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Messer Griesheim Gmbh filed Critical Messer Griesheim Gmbh
Publication of CZ2000569A3 publication Critical patent/CZ2000569A3/cs
Publication of CZ298967B6 publication Critical patent/CZ298967B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78Combined heat-treatments not provided for above
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/06Solid 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
    • C23C8/08Solid 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
    • C23C8/10Oxidising
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/06Solid 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
    • C23C8/08Solid 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
    • C23C8/10Oxidising
    • C23C8/16Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
    • C23C8/18Oxidising of ferrous surfaces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

-Přístroj pro společnou oxidaci a tepelné zpracování součástek a zařízení pro jeho provádění
Oblast techniky
Tento vynález se týká způsobu a přístroje pro spojenou oxidaci a tepelné zpracování součástek podle předvýznakové části patentových nároků 1 a 11.
Dosavadní stav techniky
V tepelném zpracování kovových součástek se obvykle plynná atmosféra v pracovní části pece upravuje tím způsobem, že vzniká čistý a lesklý povrch kovu. V tomto případě je oxidace nežádoucí, jelikož se následné postupy mohou nepříznivě ovlivnit vytvořenou vrstvou oxidu. Avšak existují zvláštní použití, ve kterých je výhodné a účelné vytvoření povlakové vrstvy oxidu na povrchu kovových součástek. Požadované chemické složení a tloušťka těchto epitaxiálních povlakových vrstev oxidu tvoří zvláštní požadavky na plynnou atmosféru v pracovní části pece a na řízení provozu. Pomocí vrstev oxidů vytvořených takto určeným postupem se mohou vytvářet ozdobné povrchy, které současně působí jako korozní ochrana, isolační vrstvy nebo absorpční vrstvy.
Kalení, popouštění nebo cementování, nitrační cementování atd. pevných součástek se provádí v soustavách pecí, jejichž pracovním prostorem protékají ochranné a/nebo reaktivní plyny.
Součástky se zahřívají za použití dusíku ve spojení s reaktivními složkami nebo endotermní atmosférou nebo • · · · • · • · · · * · podobně do částečně austenitizačni teploty, termochemicky se zpracují a vytvrzují se zakalením v oleji nebo vodě nebo kapalné soli. V následném kroku druhého tepelného zpracování se dosahuje požadované tvrdosti popouštěním vytvrzených součástek. Popouštění se obvykle provádí při teplotách od 150 °C do 570 °C ve vzduchu nebo v atmosféře dusíku. Za těchto podmínek může probíhat oxidace železa na magnetit (Fe3O4). Vrstva oxidu nemá v tomto případě dostatečnou tlouštku vrstvy pro poskytnutí jednotného opticky přitažlivého ozdobného povrchu.
povlečením a podobně.
Způsob povlečení se proto použil pro tvorbu ozdobné jednotné vrstvy na povrchu součástek, které se mají zpracovat. Pevně přichycené vrstvy se nanášejí na povrch černým oxidem, fosfátováním, smaltováním Tyto dodatečné způsoby povlečení způsobují významnou obtížnost způsobu a dodatečné náklady při občasné poměrné nejednotnosti povlakových vrstev. Proto se také zamýšlelo provádět vytvrzování a žíhání na modro v jednom kroku způsobu (DE 43 33 940). Tento způsob byl schopen významně snížit cenu povlečení, zlepšit návaznost způsobu, zvýšil použitelnost součástek, a snížit používání chemikálií, vyskytující se při způsobu.
které se maj í zpracovat stejně tak jako emise
Avšak ve známém způsobu by bylo vhodné, pokud by se opakovatelnost mohla zvýšit tvorbou ještě rovnoměrnějším povlakem oxidu a pokud by se mohlo slabé oduhličení ještě dále snížit.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je poskytnout způsob pro spojenou • · · · • · · · • · • · oxidaci a tepelné zpracování součástek, které je opakovatelné a vede k jednotnější vrstvě oxidu s vyšší korozní odolností.
Tohoto předmětu se dosahuje podle tohoto vynálezu znaky uvedenými v nároku 1.
Výhodná využití tohoto vynálezu se uvádějí ve vedlejších nárocích.
Ve způsobu podle tohoto vynálezu se po převedení struktury součástek přítomné za teploty místnosti na strukturu požadovanou pro tepelné zpracování v pracovním prostoru ustaví poměr PH2O/PH2 tím způsobem, že převládá reakce FeO + H2 = Fe + H20 a tvoří se vrstva oxidu Fe0<10 μπι. Následkem neustavení poměru PH2O/PH2 v pracovním prostoru až po převedení struktury součástek přítomné za teploty místnosti na strukturu požadovanou pro tepelné zpracování nejsou při tepelném zpracování součástek přítomny v pracovním prostoru žádná činidla oxidující součástky.
Tepelné zpracování a oxidace součástek probíhá v oddělených krocích způsobu v pracovní části spojené nebo následné oxidační části, výsledkem čehož je, že se může tepelné zpracování součástek a oxidace součástek řídit odděleně. Tímto způsobem je možný opakovatelný postup způsobu, jelikož se tepelné zpracování a oxidace navzájem neovlivňuj í.
Při předem stanoveném teplotním limitu >570 °C a ustaveném poměru PH2O/PH2 v pracovním prostoru převládá reakce FeO + H2 = Fe + H2O.
• · · · « · • ·
Jelikož se postup způsobu provádí za isotermních podmínek a železo je v rovnováze s vytvářeným oxidem železa, tvoří se wuestit (FeO). V tomto případě se s překvapením zjistilo, že vrstva oxidu tvořená FeO, vytvářená za těchto vysokých teplot má rovnoměrnější strukturu, která je vysoce přilnavá, prostá bublin, odolná proti poškrábání a prostá kontaktních bodů.
Výhodně se tvoří vrstva oxidu FeO <10 gm, jelikož vrstva oxidu <10 gm se během ochlazování následujícím po způsobu podle tohoto vynálezu neodděluje a netvoří bubliny a praskliny.
Tato souběžně tvořená vrstva oxidu má příznivý vliv na rychlost ochlazování během vytvrzování, jelikož se mění koeficient přestupu tepla. V tomto případě se zjistilo, že se koeficient přestupu tepla stává menším, takže probíhá pomalejší ochlazování součástek a tím se v povrchové oblasti tvoří méně zbytkového austenitu s kalenými součástkami.
Výhodně se oxidace součástek dokončuje v časovém úseku <20 minut, zejména <14 minut, jelikož se v průběhu této doby za běžných vytvrzovacích teplot od 800 do 900 °C ustaví požadovaná vrstva FeO <10 μιη. Zjistilo se, že vrstva oxidu silná od 2 do 6 μιη je částečně výhodná. Tyto vrstvy jsou celistvé, dobře krycí, dobře vzájemně spojené s podkladovým materiálem a mají přitažlivý modravě černý až černý povrch.
Kvůli neobyčejně krátkému času oxidace se nepozorovalo uduhličení okrajových oblastí základní součástky.
Vytvořená vrstva oxidu tedy zabraňuje oduhličovacímu působení použité vody, jelikož působí jako isolační vrstva « · · « ·· »· a rychlost růstu tvořící se vrstvy oxidu je vyšší než rychlost oduhličení podle reakce C(rozp. v Fe) + H
CO + h2
Jelikož se v pracovním prostoru ustaví u vstupujícího nebo rozprašovaného činidla za teplot >570 °C poměr PH2O/PH2, výhodně <20, zejména <10, přednostně se tvoří wuestit. V tomto případě se s překvapením zjistilo, že se i při vyšších poměrech PH2O/PH2 netvoří žádný Fe3O4· Předpokládá se, že tvorba FeO pokračuje i za vyššího poměru PH2O/PH2, jelikož rychlost difúze iontů je tak vysoká, že se neustaví rovnováha mezi plynnou fází a oxidem železa a tvorba Fe3O4 se potlačí.
Kvůli vysokým poměrům PH2O/PH2 a z něj vyplývajícímu vysokému obsahu páry v reakčním plynu pracovního prostoru, neexistují žádná místní ochuzení oxidačních činidel, proto také neexistují žádné rozdíly v tloušťce vrstvy. I v případě vysoce složitých součástek, ve kterých se vyskytují slepé vývrty, se tvoří 100% uzavřené povlakové vrstvy. Kromě toho kvůli vysoké dostupnosti vody se malé součástky, jako sypké hmoty, oxidují bez styku s kyslíkem.
Jelikož tvorba FeO začíná v průběhu doby <3 minuty, výhodně <1 minuta, nastává změna plynné fáze zdánlivě okamžitě, takže se nemůže během první fáze oxidace vyskytnout oduhličení (obr. 5). Krycí vrstva blokující lesklý povrch kovu, která zabraňuje reakci mezi párou a rozpuštěným uhlíkem, se tvoří bezprostředně. Vrstva oxidu nemůže rozpouštět uhlík, proto se zabraňuje difúzi uhlíku skrz vrstvu oxidu. Jelikož se železo vyžaduje pro tvorbu oxidu, uhlík rozpuštěný v povrchové oblasti se snadno • 4 • · » * · · · · • · • · hromadí na hranici oxid-kovová fáze, ale ten se upraví během krátkého času oxidace.
Předpokládá se, že demineralizovaná voda, která se nastřikuje do pracovního prostoru pece v kapalné formě, je zvláště výhodná jako oxidační činidlo, jelikož se voda za těchto teplot okamžitě odpařuje a bezprostředně ustavuje požadovaný poměr PH2O/PH2. Kromě toho je skutečností, že oxidační činidlo voda je všeobecně dostupné a je pro uživatele ekonomicky optimální. Pokud se používá jako oxidační činidlo voda, dosahuje se rovnoměrně dobře kryvé černění součástky. Jako jiná činidla se mohou zavést nebo nastříknout do pracovního prostoru a tedy ustavit definovanou aktivitu kyslíku, která je nezbytná pro oxidaci železa na wuestit (obr. 5), také jiné sloučeniny obsahující kyslík.
Přehled obrázků na výkresech
Obr. 5 ukazuje provozní rozsah, při kterém dochází k oxidaci. Parciální tlak kyslíku v MPa, který je úměrný aktivitě kyslíku, se vynesl na svislou osu a převrácená hodnota teploty v kelvinech se vynesla na vodorovnou osu. Kromě toho se zobrazily dva provozní body oxidace 41 a 44 pro dva příklady 2 a 1. Vztahová značka 41 představuje poměr PH2O/PH2 ustanovený na hodnotě asi 3 a vztahová značka 44 představuje poměr PH2O/PH2 asi 140.
Pokud se použije výhodné činidlo voda, zavádí nebo nastřikují se jako dodatečné látky do pracovního prostoru dusík a/nebo endotermní atmosféra a/nebo vodík a/nebo uhlovodíky, přičemž alespoň jedna z těchto látek, výhodně dusík, se používá jako hnací látky pro rozprašování vody.
• ·
Látky působí pro udržování tlaku v peci a/nebo pro ustavení nezbytné plynné atmosféry v pracovním prostoru pece. Tyto látky udržují poměr PH2O/PH2 v požadovaných mezích.
Součástky opatřené vrstvou oxidu FeO se, poté co se dosáhne vrstvy oxidu <10 μτη, ochladí v kalícím prostředku takovým způsobem, že se zabrání zvětšování vrstvy oxidu, výhodně se zastaví, a přítomná vrstva oxidu se zachová. Ochlazení se provádí na konci způsobu pro spojenou oxidaci a tepelné zpracování a zabraňuje dalšímu růstu vrstvy oxidu na tloušťku vrstvy oxidu >10 μιη. Tvorba vrstvy oxidu se bezprostředně ukončí ochlazením v kalícím prostředku.
Vrstva oxidu se také přichytí po vyžíhání součástek při teplotě až do 500 °C bez příznaků změny povrchu.
Oxidační děj je vratný, to znamená, že vytvořené vrstvy oxidu se mohou v druhém vytvrzovacím způsobu redukovat a následně obnovit bez toho, že by se nepříznivě ovlivnily vlastnosti materiálu.
Zejména výhodné provedení pro provádění způsobu představuje zařízení pro dávkování 18, 19., 21, 22, 20, 26, 23, 27 činidla 18., 19 a uhlovodíků 21, 22 a dusíku 20., 26 a endotermní atmosféry 23., 27 do pracovního prostoru 10 pece 25, a řídící jednotky 15 pro regulaci s otevřenou smyčkou a/nebo regulaci s uzavřenou smyčkou zařízení. Dávkovači zařízení 18, 19, 21, 22, 20, 26, 23., 27 zahrnuje vedení 18, 21, 23, 26. ve kterých jsou umístěny řídící prvky 19, 22, 20, 27, přičemž se řídící prvky mohou automaticky ovládat řídící jednotkou 15 prostřednictvím řídících vedení 14., 16, 17, 28, 29. Řídící jednotka 15 řídí řídící prvky mezi polohami otevřenou a zavřenou v závislosti na aktuálních « · · ·· « * · · • a « ··· ··· ···· * · · ··· ·· · 9 ·· · ··
- 8 signálech stanovených v pracovním prostoru 10 a/nebo časových signálech zaznamenaných v řídící jednotce, takže zavádění nebo rozstřikování oxidačního činidla do pracovního prostoru 10 povolí nebo zarazí. Dmychadlo umístěné v pracovním prostoru 10 pece 25 se označilo vztahovou značkou 24.
Automatizovaný proces způsobu zabezpečuje opakovatelnou oxidaci a tepelné zpracování součástek. Způsobem regulace poměru PH2O/PH2 s uzavřenou smyčkou se aktivita kyslíku udržuje neměnná a tím se zaručuje růstová rychlost a morfologie v každém časovém bodu. Pro regulaci s uzavřenou smyčkou se tvoří aktuální signály jako funkce poměru PH2O/PH2, který se srovnává se současnými signály zaznamenanými v řídící jednotce. Pokud se aktuální signály odchylují od současných signálů, nastaví se řídící prvky.
Zejména výhodně se aktuální signály stanoví pomocí O2 sondy 13 nebo lambda sondy, jelikož se aktuální účinná aktivita kyslíku na povrchu oxidu stanovuje těmito čidly.
Příklady provedení vynálezu
Ilustrativní příklad 1
Ve vsázce víceúčelové komorové pece 25 se oceli pro cementování nebo kalení nebo popouštění, přítomné netříděné ve formě sypané hmoty 12 v pracovním koši 11, vsádkově karbonizují, nitridačně cementují nebo jen kalí a popouštějí při teplotách od 800 °C do 950 °C. Endotermní atmosféra (20 % CO, 40 % H2, zbytek N2), která se připravuje ze zemního plynu nebo propanu se vzduchem nebo z me±hanolu a dusíku, nepřetržitě prochází víceúčelovou komorovou pecí
- 9 • *
během tepelného zpracování jako ochranný plyn nebo nosný plyn. Úroveň uhlíku v plynné fázi se řídí přidáváním uhlovodíků, dokud se nedosáhne požadovaného obsahu uhlovodíku na povrchu nebo cementační tloušťky na součástce. Krátce před koncem doby zpracování se během 1 minuty do pracovního prostoru pece nastřikuje oxidační činidlo, například demineralizovaná voda, spolu s dusíkem při teplotě přibližně 860 °C. Objemové průtoky oxidačního činidla a dusíku se nastavují tak, že poměr PH2O/PH2 vytvořený v pracovním prostoru pece je >0,3 a <150. Po časovém úseku < 20 minut se tvoří tenká, dobře přiléhající vrstva oxidu FeOo tloušťce <10 μη, která má modravě černou barvu.
Obrázek 5 (ilustrativní příklad 1) zobrazuje celý způsob tepelného zpracování vzhledem k aktivitě kyslíku. Nastavení obsahu 42 povrchového uhlíku na 0,70 % C je v oblasti stability železa a povrch součástek je tedy za těchto podmínek kovově lesklý. Po přechodu na oxidační podmínky se přímka stability FeO 43 překročí po 0,5 minuty a po dalších 12 minutách času oxidace se dosáhne konečné aktivity kyslíku 44 log P02 = -12,75.
Vrstvy oxidu tvořené na součástkách při tomto postupu jsou také bez kazu. Rosný bod oxidační plynné fáze byl na konci zpracování přibližně + 80 °C.
Optická zkouška ukázala, že epitaxiální vrstva oxidu je naprosto rovnoměrná a prostá bublin. Připravené obrázky leštěné oblasti ukazují oblast povrchu bez oduhličení , který se skládá z wuestitu (FeO) a hraniční přechodovou oblast.
Ilustrativní příklad 2 • · • · ·
Oxidace součástek se provádí na závěr tepelného zpracování, jako kalení a popouštění, cementování, nitrační cementování atd., při teplotách >570 °C. Čas způsobu se při tepelném zpracování součástek dodatečným oxidačním způsobem nemění.
Příklad: Kalení a popouštění 58 CrV4 při 830 °C ve víceúčelové komorové peci
Vsázka se zahřívá ve zředěné endotermní atmosféře:
o m /h endotermní atmosféry + 5 m3/h dusíku + 150 1/h propanu (propanu) (řízení C) (11 % CO, 19 % H2, od 1 do 2 % CH a prohřívá se a austenitizuje při 830 °C. udržování za horka je přibližně 20 minut a v plynné atmosféře se udržuje stálá 0,58 % C.
4, zbytek N2) Celková doba úroveň uhlíku
Přibližně 10 minut před koncem udržování za horka se přívodní trubkou do pracovního prostoru náhle nastříkne 5 1/h demineralizované vody s dusíkem. 5 1/h vody vytváří 6,2 m3 páry za hodinu, takže skrz pracovní prostor pece
O protéká celkový objem 16 m plynu za hodinu.
Složení čistého plynu je:
% H20 (rosný bod = + 75 °C), 10 % H2, 6 % CO, zbytek N2 a poměr PH2O/PH2 je přibližně 3. Jak ukazuje obr. 1, má tedy plynná směs vysoce oxidační působení.
Obr. la zobrazuje graf, ve kterém se znázorňují oblasti • ·
- 11 stability jednotlivých pevných látek - železa, wuestitu a magnetitu - jako funkce teploty a poměru PH2O/PH2. V tomto grafu se znázorňuje celý způsob tepelného zpracování a zobrazují se tedy převládající podmínky s ohledem na plynnou fázi a látku. Během zahřívání a udržování teploty železného materiálu zůstávají povrchy součástek kovově lesklé. Teprve když se do pracovního prostoru nastříkne oxidující plyn, změní se aktivita kyslíku tím způsobem, že se poprvé stává možnou stabilita wuestitu. Na povrchu se tvoří požadovaný oxid železa. Během této oxidační fáze se zároveň nastavuje poměr PCO2/PCO, který odpovídá fázovému rozhraní železo/FeO na konci oxidace. Vyšší poměr PCO2/PCO není možný kvůli tvorbě oxidu železa, jinými slovy, za tvorbu FeO je zodpovědná pouze použitá voda. Poměr PCO2/PCO na fázovém rozhraní Fe/FeO má hodnotu 0,5 při 830 °C a výsledný poměr PH2O/PH2 z použitých plynů je přibližně 3.
Následující napětí se ustaví v použité lambda-sondě nebo O2~sondě.
-973 mV (lambda-sonda, 600 °C)
-889 mV (02-sonda, 830 °C)
Vysoká rychlost průtoku přibližně 16 m3/h způsobuje po poměrně krátké době (1 minuta), že se v v peci (objem přibližně 0,3 m3) dosahuje stálého stavu ochranného plynu a součástky se oxidují. Povrch součástek se povleče po několika minutách souvislou vrstvou oxidu železa, která na povrchu roste během dalšího průběhu oxidace. Vzrůst tlouštky vrstvy je funkcí převládající teploty, času a poměru PH2O/PH2 a dodané koncentrace uhlovodíku. Jelikož oxid železa nemůže rozpouštět uhlík, je oduhličení materiálu v povrchové zóně zanedbatelné (viz obr. 2 a 3). Obr. 2
- 12 zobrazuje fotografie struktury výchozího materiálu (3 mm šestiúhelníkový nástrčkový klíč/58 CrV4) prohlíženého světelnou mikroskopií. Na povrchových a plochách v jádře nevykazuje struktura žádné oblasti oduhličení a je homogenní a jemně zrnitá.
Obr. 3 zahrnuje fotografie různých zvětšenin struktur součástek, které se kalily a podrobily oxidaci způsobem podle tohoto vynálezu. Obrázky neukazují žádné zóny oduhličení v povrchové oblasti součástek. Přechod mezi kovovým martensitickým základem a vnější vrstvou oxidu je ostrý a vykazuje dobré vzájemné spojení vrstvy oxidu s kovem, což ukazuje na dobrou přilnavost oxidu. Je také snadné odečíst tloušťku vrstvy oxidu, která je od 3 do 4 ^m FeO.
Oduhlióování může probíhat pouze prostřednictvím pórů a prasklin ve vrstvě oxidu železa. Poté, co je doba oxidace úplná, se zastaví dodávání vody a vsázka se ochladí v oleji. Použitý materiál (inbusové šestihranné nástrčkové klíče) se umístil jako sypaný materiál ve třech vsázkových koších naskládaných jeden na druhý a po tepelném zpracování nevykazoval vůbec žádné kazy.
Splnila se následující měřítka:
1. vysoce přilnavá vrstva černého oxidu
2. žádné světlé body vlivem bodů dotyku
3. netvoří se žádné bubliny nebo odlupování oxidu
4. tvrdost povrchu před popouštěním: od 57 do 58 HRC
5. točivý moment je v pořádku
6. vrstva oxidu se přichytává rovněž po popouštění (od 200 do 280 °C)
7. tvrdost po popouštění: od 52 do 54 HRC
8. žádné pozorovatelné oduhličení povrchu
9. celkové hodnocení: žádné kazy
Požadovaná úroveň uhlíku v plynné atmosféře pece se po krátké době obnovila, takže se nevyskytlo oduhličení následující vsázky. Nepozorovalo se srážení vody na chladných bodech předkomůrky a výfukové trubici. Opakovatelnost výsledků oxidace byla bezchybná.
Odolnost proti korozi u těchto součástek oxidovaných podle tohoto vynálezu je lepší než u běžně povlečených součástek opatřených černým oxidem a fosfátovaných, takže se skladovatelnost těchto součástek zvýšila bez zasažení tvořící se korozí. Olejování oxidovaných součástek nebo používání tekutin jako u povlečení černým oxidem se může vynechat bez tvorby vrstvy rzi. Vzhledem k vynechání povrchově aktivních kapalin se součástky nepotřebovaly laboratorně čistit v následných mechanických procesech úpravy, vzhledem k nepřítomnosti zbytkových přilnavých kapalin se životnost vrtných emulsí prodlužuje, jelikož se nemůže vyskytovat znečištění. Před povlečením černým oxidem se kalené součástky musí depasivovat pískováním, takže může probíhat elektrolytické nanášení antimonu. Zrnka a částečky písku se velmi snadno ukládají ve slepých vývrtech a prasklinách, poškozují vrtáky a řezné nástroje a tím velmi snižují životnost nástrojů, takže se na pískovaných součástkách musí provádět soubor důkladných čistících prací. Je možné ušetřit tyto náklady a ztráty času použitím způsobu povlečení podle tohoto vynálezu a rychle provádět další úpravy součástek.

Claims (15)

1. Způsob společné oxidace a tepelného zpracování součástek při teplotách <1300 °C v pracovním prostoru pece, obsahující neutrální nebo reaktivní plyn, průchodem nebo rozprášením alespoň jednoho oxidačního činidla při teplotách >570 °C,vyznačující se tím, že po převedení struktury součástek, která se vyskytuje při teplotě místnosti na strukturu požadovanou v tepelném zpracování, se poměr PH2O/PH2 se v pracovním prostoru nastaví tak, že převládá reakce FeO + H2 = Fe + H2O a tvoří se vrstva oxidu FeO <10 um.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že oxidace součástek je úplná v časovém úseku <20 minut.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se t í m, že oxidace součástek je úplná v časovém úseku <14 minut.
4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se v pracovním prostoru ustaví poměr PH2O/PH2 >0,3.
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, v y z n ačující se tím, že se v pracovním prostoru ustaví poměr PH2O/PH2 <250, výhodně <10.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, v y z n ačující se tím, že během časového úseku <3 oninuty, výhodně <1 minuta převládá reakce FeO + H2 = Fe + H20.
7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, v y z n ačující se tím, že činidlo vnášené nebo nastřikované do pracovního prostoru je sloučenina obsahující kyslík, která tvoří poměr PH2O/PH2.
8. Způsob podle jednoho z nároků čující se tím, že oxidační výhodně demineralizovaná voda.
1 až 7, v y činidlo je z n avoda,
9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, v y z n ačující se tím, že se do pracovního prostoru spolu s činidlem vnášejí nebo nastřikují dusík a/nebo endotermní atmosféra a/nebo vodík a/nebo uhlovodíky.
10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se součástky opatřené vrstvou oxidu chladí v chladícím prostředku tím, že se zabraňuje zvětšení vrstvy oxidu, výhodně se růst zastaví, a přítomná vrstva oxidu se zachovává.
11. Přístroj pro provádění způsobu podle nároků 1 až
10, vyznačující se tím, že má zařízení (18, 19, 21, 22, 20, 26, 23, 27) pro zavádění činidla do pracovního prostoru (10), a řídící jednotku (15) pro řízení s otevřenou a/nebo uzavřenou řídící smyčkou zařízení (18, 19, 21, 22, 20, 26, 23, 27).
12. Přístroj podle nároku 11, vyznačující se tím, že se zaváděcí zařízení (18, 19, 21, 22, 20,
26, 23, 27) skládá z vedení (18, 21, 23, 26), které se otevírá do pracovního prostoru (10) a ve kterých jsou umístěny řídící prvky (19, 22, 20, 27), přičemž řídící prvky (19, 22, 20, 27) jsou ovladatelné řídící jednotkou (15) • · · · • · · · · • * * · · • · · · · · • · · · · · • · · ♦ · ·
- 16 a kontrolními prvky (19, 22, 20, 27) měnícími vedení (18), (21), (23), (26) mezi polohou otevřenou a uzavřenou jako funkci aktuálních signálů stanovených v pracovním prostoru (10) a/nebo časových signálů zaznamenaných v řídící jednotce (15).
13. Přístroj podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že aktuální signály jsou tvořeny jako funkce poměru PH2O/PH2, který mění polohu řídících prvků (19, 22, 20, 27) jako funkci předem nastavených signálů zaznamenaných v řídící jednotce (15).
14. Přístroj podle jednoho z nároků 11 až 13, vy značující se tím, že O2 sonda (13), která stanovuje aktuální signály, je umístěna v pracovním prostoru (10) .
15. Přístroj podle jednoho z nároků 11 až 13, vy značující se tím, že je poskytnuta lambda sonda, která stanovuje aktuální signály.
CZ20000569A 1997-08-22 1998-08-05 Zpusob spolecné oxidace a tepelného zpracování soucástek a prístroj pro provádení tohoto zpusobu CZ298967B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19736514A DE19736514C5 (de) 1997-08-22 1997-08-22 Verfahren zum gemeinsamen Oxidieren und Wärmebehandeln von Teilen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2000569A3 true CZ2000569A3 (cs) 2000-12-13
CZ298967B6 CZ298967B6 (cs) 2008-03-26

Family

ID=7839802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20000569A CZ298967B6 (cs) 1997-08-22 1998-08-05 Zpusob spolecné oxidace a tepelného zpracování soucástek a prístroj pro provádení tohoto zpusobu

Country Status (11)

Country Link
US (1) US6383297B1 (cs)
EP (1) EP1019561B1 (cs)
AT (1) ATE230039T1 (cs)
BR (1) BR9811979A (cs)
CZ (1) CZ298967B6 (cs)
DE (2) DE19736514C5 (cs)
ES (1) ES2190812T3 (cs)
PL (1) PL186662B1 (cs)
SK (1) SK285403B6 (cs)
WO (1) WO1999010556A1 (cs)
ZA (1) ZA987331B (cs)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6277214B1 (en) * 1999-07-09 2001-08-21 Powertech Labs Inc. Protective iron oxide scale on heat-treated irons and steels
DE19937186C1 (de) * 1999-08-06 2000-09-07 Mannesmann Sachs Ag Oxidationsbehandlung für Eisen enthaltende Metallteile, um diese mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht zu versehen sowie behandeltes Metallteil
DE10032411A1 (de) * 2000-07-07 2002-01-17 Rainer Gorris Kennzahl zur Charakterisierung des Reduktions- oder Oxidationspotentials von Gasatmosphären in Bezug auf Metall-Metalloxide
DE10162339A1 (de) * 2001-12-18 2003-07-10 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Oxidschicht auf Metallteilen
DE10215857A1 (de) * 2002-04-10 2003-10-23 Linde Ag Vorrichtung und Verfahren zur Kontrolle der Zusammensetzung einer Gasatmosphäre
ITMI20110366A1 (it) 2011-03-10 2012-09-11 Sol Spa Procedimento per il trattamento di acciai.
JP5914974B2 (ja) * 2011-03-25 2016-05-11 日立金属株式会社 表面改質されたR−Fe−B系焼結磁石の製造方法
JP6008066B2 (ja) * 2014-10-08 2016-10-19 新日鐵住金株式会社 高強度と優れた化成処理性を有する熱処理鋼製品及びその製造方法
RU194659U1 (ru) * 2019-08-02 2019-12-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для газотермического оксидирования металлических изделий
RU194444U1 (ru) * 2019-08-14 2019-12-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов
RU194446U1 (ru) * 2019-08-14 2019-12-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов
US11971216B1 (en) * 2021-12-23 2024-04-30 Rolls-Royce High Temperature Composites, Inc. Retort with loading window

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2269943A (en) * 1939-12-08 1942-01-13 Darwin R Kiser Method for manufacturing blackened steel electrodes
DE2440447C2 (de) * 1974-08-23 1980-09-04 Smit Nijmegen B.V., Nijmegen (Niederlande) Verfahren zur Erzeugung einer Eisen-Oxidschicht
DE3231699C2 (de) * 1982-08-26 1986-07-24 Elino Industrie-Ofenbau Carl Hanf GmbH + Co, 5160 Düren Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer schwärzenden bzw. bläuenden Oxidschicht auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthaltenden Teilen
JPS62130221A (ja) * 1985-11-29 1987-06-12 Nippon Mining Co Ltd シヤドウマスクの製造方法
DE3806933A1 (de) * 1988-03-03 1989-11-30 Man Technologie Gmbh Verfahren zur herstellung von oxidschichten auf staehlen
DE3926733A1 (de) * 1989-01-31 1990-08-02 Thyssen Edelstahlwerke Ag Verfahren zur bildung einer eisenoxidschicht auf einem randentkohlungsfreien stahlgegenstand und anwendung dieses verfahrens
JPH0699793B2 (ja) * 1989-02-28 1994-12-07 新日本製鐵株式会社 冷延鋼板の黒化処理方法
US5082509A (en) * 1989-04-14 1992-01-21 Nippon Steel Corporation Method of producing oriented electrical steel sheet having superior magnetic properties
DE4333940C1 (de) * 1993-10-06 1994-12-08 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zum Behandeln von Teilen

Also Published As

Publication number Publication date
BR9811979A (pt) 2000-08-15
WO1999010556A1 (de) 1999-03-04
DE19736514C5 (de) 2004-11-25
ES2190812T3 (es) 2003-08-16
DE59806753D1 (de) 2003-01-30
SK285403B6 (sk) 2007-01-04
EP1019561B1 (de) 2002-12-18
DE19736514C1 (de) 1998-09-24
US6383297B1 (en) 2002-05-07
CZ298967B6 (cs) 2008-03-26
PL186662B1 (pl) 2004-02-27
ATE230039T1 (de) 2003-01-15
ZA987331B (en) 1999-02-16
PL338737A1 (en) 2000-11-20
EP1019561A1 (de) 2000-07-19
SK1852000A3 (en) 2001-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Davis Surface hardening of steels: understanding the basics
CZ2000569A3 (cs) Způsob pro společnou oxidaci a tepelné zpracování součástek a zařízení pro jeho provádění
US20070251605A1 (en) Method for producing highly corrosion-resistant colored article made of steel
WO1993006257A1 (en) Process and apparatus for surface hardening of refractory metal workpieces
Li et al. Surface microstructure of 316L austenitic stainless steel by the salt bath nitrocarburizing and post-oxidation process known as QPQ
US20120018052A1 (en) Novel Stainless Steel Carburization Process
US9738962B2 (en) Method for the carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic rustproof stainless steel
CN102776521A (zh) 基于激光喷丸辅助的钛合金表面低温渗硼方法及装置
KR100899578B1 (ko) 고온 진공 질화법에 의한 경화처리 방법
Jacobs et al. Plasma Carburiiing: Theory; Industrial Benefits and Practices
Michalski et al. Controlled gas nitriding of 40HM and 38HMJ steel grades with the formation of nitrided cases with and without the surface compound layer, composed of iron nitrides
KR20200087817A (ko) 노 챔버 내에 배치된 반응 챔버 내에서 스트립 강의 사전 산화 방법
De Bruycker et al. Galvanizability of complex phase high strength steel
US7115174B2 (en) Method for producing and oxide layer on metallic elements
Altena et al. Low pressure carburizing with high pressure gas quenching.
US5798002A (en) Method of and device for producing carbide and carbon solid solution containing surface layers
Reynoldson Advances in surface treatments using fluidised beds
JP4806722B2 (ja) 金属の塩浴窒化方法及びその方法で製造された金属
CN1116436C (zh) 黑色金属材料及工件的双相复合防腐蚀处理方法
CN113646459B (zh) 经镀覆形成的黑心可锻铸铁部件的制造方法、及经镀覆形成的黑心可锻铸铁部件
US20150159262A1 (en) Method For The Nitro Carburization Of A Deep-Drawn Part Or A Stamped-Bent Part Made Of Austenitic Stainless Steel
Konstantinova et al. Structure Formation Processes During the Plasma Cementation of Steel and the Subsequent Heat Treatment
SU1097687A1 (ru) Способ оксидировани стальных изделий
Black et al. Property Modification
Richards et al. Laboratory hot-dip aluminizing of sheet steels

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20100805