CZ290594A3

CZ290594A3 - Gas carburizing process

Info

Publication number: CZ290594A3
Application number: CZ942905A
Authority: CZ
Inventors: Reinhard Stringl
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1995-08-16
Also published as: AT401655B; ATA214994A; FR2712898B1; ITMI942371A0; IT1271083B; CZ284392B6; FR2712898A1; ITMI942371A1; DE4340060C1

Description

Vynález se týká způsobu nauhličování kovových obrobků v peci za zvýšené teploty a v atmosféře, obsahující oxid uhelnatý a vodík, při kterém se atmosféra vytváří na basi do pece přiváděného a kyslík obsahujícího uhlovodíkového media, obzvláště methylalkoholu, jakož i na basi dusíku, načež se dodatečně vnáší obohacovací činidlo pro nastavení určitého uhlíkového potenciálu (-pegels) a při kterém se v počáteční fázi procesu nauhličování, ve které dochází k rychlému pohlcování uhlíku obrobkem, se vytváří atmosféra s vysokým přechodovým číslem uhlíku.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the carburizing of metal workpieces in a furnace at elevated temperature and in an atmosphere containing carbon monoxide and hydrogen, in which the atmosphere is formed on the basis of furnace feed and oxygen-containing hydrocarbon media, in particular methanol, and nitrogen based. introduces an enrichment agent to adjust a certain carbon potential (-pegels) and in which an atmosphere with a high carbon transition number is formed in the initial phase of the carburization process in which the carbon is rapidly absorbed by the workpiece.

Dosavadní stav technikvBACKGROUND OF THE INVENTION

Způsob, který byl výše popsaný, je například známý z EP-B1 0 063 655 . Zde je navržené nauhličování, mimo jiné na basi methylalkoholu a dusíku, rozčleněné do dvou fází, při kterém je v počáteční fázi nauhliučování používána atmosféra čistého methylalkoholového štěpného plynu a v následujících fázích se přechází na nauhličování atmosférou dusík-methylalkoholovou. Toto má výhodu zvýšeného přechodu uhlíku v počáteční fázi nauhličování s konsekvencí celkem urychleného průběhu nauhličování, přičemž bez sníženi této výhody rychlosti se v pozdějších fázích nauhličování použije cenově výhodná dusíko-methanolová atmosféra (viz EP 0 063 065 B1 , obzvláště nárok 1 a strana 3, řádky 16 ažFor example, the process described above is known from EP-B1 0 063 655. Carburization is proposed here, inter alia on the basis of methanol and nitrogen, divided into two phases, in which a pure methyl alcohol fission gas atmosphere is used in the initial phase of the carburization and in the subsequent stages it is converted to a nitrogen-methyl alcohol atmosphere. This has the advantage of increased carbon transition in the initial carburization phase with the consequence of a fairly accelerated carburization process, and without reducing this speed advantage, a cost-effective nitrogen-methanol atmosphere is used in the later stages of carburization (see EP 0 063 065 B1, especially claim 1 and page 3). lines 16 to

23) .23).

Dále je z DE 41 10 361 Al známý stejným směrem cílený způsob plynového nauhličování, při kterém se při podstatné době fáze nauhičování a obzvláště na počátku nauhličování udržuje atmosféra s poměrem CO ku H₂ větší než 1 : 2 . Poměr CO : H přičemž poměr CO ku H₂ je mírou pro přechod uhlíku, asi 1 : 1 je velmi dobrý. Takovéhoto poměru poměru CO ku jednak recirkulací odděleného čího z nauhličování a jednak oxidu uhelnatého ze zdroje nárok 1).Furthermore, DE 41 10 361 A1 discloses a similarly directed gas-carburizing process in which an atmosphere with a CO to H ₂ ratio of greater than 1: 2 is maintained at a substantial time during the carburization phase and in particular at the beginning of the carburization. CO: H ratio where the CO to H ₂ ratio is a measure of carbon transition, about 1: 1 is very good. Such a ratio of CO to on the one hand by recirculation of which carbohydrate or on the other hand from carbon monoxide from the source of claim 1).

H₂ se podle DE-A1 dosáhne oxidu uhelnatého, odcházej ivhodně dávkovaným přídavkem této látky (viz napříkladH ₂ according to DE-A1 reaches the carbon monoxide go from ivhodně metered addition of the substance (see, e.g.,

Bližší objasnění se zřetelem na rychlost procesu nauhličování při plynovém nauhličování a všeobecně k mechanismům průběhu při plynovém nauhličování jsou dále zřejmá například z článku Grundsátzliche Voraussetzungen fur die Verringerung des Gasverbrauchs bei der geregelten Gasaufkohlung (základní předpoklady pro snížení spotřeby plynu při regulovaném nauhličování) z HTM 35 (1980) 5, str. 230 237, obzvláště str. 231. Zde je jasné, proč se dá dosáhnout pomocí způsobů podle EP 0 063 655 a DE 41 10 361 relativně rychlého nauhličování, zatímco když se pracuje s dusík obsahujícími atmosférami, tak se dosáhne pouze pomalejšího nauhličování .Further clarifications regarding the speed of the carburization process in gas carburization and, in general, the mechanisms of the gas carburization process are further evident from, for example, the article Grundsátzliche Voraussetzungen fur die Verringerung des Gasverbrauchs bei der geregelten Gasaufkohlung (1980) 5, p. 230 237, in particular p. 231. Here, it is clear why relatively rapid carburization can be achieved by the methods of EP 0 063 655 and DE 41 10 361, whereas when working with nitrogen-containing atmospheres, it will only achieve slower carburization.

Takzvané rychlé způsoby nauhličování však mají také nevýhody. Nevýhoda při způsobu, známém z EP 0 063 655 , spočívá v tom, že při tom ve vstupní fázi nauhličení, ve keré se při tomto způsobu nepřidává žádný dusík pro tvorbu atmosféry, není k disposici žádné zřeďovací medium pro methylalkohol. Kromě toho se z původní atmosféry, vzniklé štěpením methylalkoholu, dosáhne pouze poměru CO ku H2 1:2 a tím se nedosáhne optima. Na druhé straně je pro postup podle DE 41 10 361 potřebné buď nezanedbatelně nákladné aparativní vybavení nebo alespoň nutnost připravit drahý oxid uhelnatý.However, so-called rapid carburization methods also have disadvantages. A disadvantage of the process known from EP 0 063 655 is that in this case, in the initial phase of carburization, in which no nitrogen is added to form the atmosphere, no diluent for methanol is available. In addition, only the CO: H 2 ratio of 1: 2 is achieved from the original atmosphere formed by the cleavage of methanol and thus the optimum is not achieved. On the other hand, for the process according to DE 41 10 361, either a considerable costly apparatus is required, or at least the need to prepare expensive carbon monoxide.

Dále j sou vhodné všeobecně běžné a známé způsoby s dusík obsahujícími ochrannými plyny, jako jsou tradiční endo-plynové způsoby s tvorbou ochranného plynu ze zemního plynu a vzduchu nebo syntetické endo-plynové způsoby na basi dusíku a methylalkoholu, a sice vzhledem k jednoduché proveditelnosti a z cenových důvodů, nepředstavují však na základě přímých teoretických poznatků jednoznačné optimum. Z toho tedy vyplývá, že přímo při nauhličování jsou ještě možná a potřebná zlepšení.In addition, generally conventional and known nitrogen-containing shielding gas processes are suitable, such as traditional endo-gas processes with the formation of a shielding gas from natural gas and air or synthetic nitrogen and methanol-based endo-gas processes due to their simple feasibility and on the basis of direct theoretical knowledge, they do not represent a clear optimum. This implies that improvements in carburization are still possible and necessary.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Úkolem předloženého vynálezu tedy je vypracování způsobu nauhličování, při kterém by se pokud možno jednoduchými prostředky a za pokud možno nízkých nákladů dosáhlo rychlého a také jinak výhodného nauhličení.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a carburizing method in which a quick and otherwise advantageous carburization is achieved by simple means and at a low cost.

Výše uvedený úkol byl vyřešen vypracováním způsobu podle předloženého vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se v iniciační fázi nauhličování odpovídajících obrobků vytvoří atmosféra s vysokým přechodovým číslem uhlíku tak, že se alespoň v části této fáze do pece přivádí oxid uhličitý nebo kyslík nebo směs kyslíku a vzduchu , jakož i - ve vztahu k tomu - zvýšené množství obohacovacího činidla, zatímco na druhé straně se současně sníží odpovídajícím způsobem přidá4 vek dusíku, a že se v pozdější fázi procesu, ve které je rozhodující pro nauhličení difuse uhlíku, opět odstaví přívod oxidu uhličitého nebo kyslíku, jakož i zvýšený přívod obohacovacího činidla za zvýšení přívodu dusíku.The above object was solved by providing a process according to the invention, which consists in creating an atmosphere with a high carbon transition number in the initiation phase of the carburization of the corresponding workpieces by introducing carbon dioxide or oxygen or a mixture into the furnace at least in part oxygen and air, as well as, accordingly, an increased amount of enrichment agent while, on the other hand, the corresponding age of nitrogen is simultaneously reduced correspondingly, and that in a later stage of the process in which decisive carbon diffusion is crucial, carbon dioxide or oxygen, as well as an increased enrichment agent feed to increase the nitrogen feed.

Přívod oxidu uhličitého nebo kyslíku podle předloženého vynálezu v počáteční fázi nauhličování ve spojení se zvýšeným přívodem obohacovacího činidla, například zemního plynu (= methan) nebo ethanu, vede například v případě tvorby atmosféry pomocí methylalkoholu k následuj ícímu výsledku :The supply of carbon dioxide or oxygen according to the present invention in the initial carburization phase in conjunction with an increased supply of an enrichment agent, for example natural gas (= methane) or ethane, leads, for example, to the following result when methanol is formed.

CH₃OH +0,5 C0₂ +0,75 CH₄ + x N₂ -> CO + 2 H₂ + CO + + H₂ + 0,25 CH₄ + x N₂ neboCH ₃ OH +0.5 CO ₂ +0.75 CH ₄ + x N ₂ -> CO + 2 H ₂ + CO + + H ₂ + 0.25 CH ₄ + x N ₂ or

CH₃OH + 0₂ + 1,25 C₂H₆ + y N₂ -> CO + 2 H₂ + 2 CO + + 3 H₂ + 0,25 C₂Hg + y N₂ CH ₃ OH + 0 ₂ + 1.25 C ₂ H ₆ + y N ₂ -> CO + 2 H ₂ + 2 CO + + 3 H ₂ + 0.25 C ₂ Hg + y N ₂

Naproti tomu se při výše uvedeném známém způsobu tvoří odpovídající atmosféra například následujícím způsobem :In contrast, in the above-mentioned known process, the corresponding atmosphere is formed, for example, as follows:

CH₃OH + 2 N₂ + 0,25 CH₄ CH ₃ OH + 2 N ₂ + 0.25 CH ₄

-> CO + 2 H₂ + 2 N₂ + 0,25 CH₄ -> CO + 2 H ₂ + 2 N ₂ + 0.25 CH ₄

Přívod oxidu uhličitého nebo kyslíku namísto dusíku podle předloženého vynálezu, jakož i zvýšený přívod obohacovacího plynu, vede tedy k tomu, že vzhledem k tomu, že se oxid od dusíku aktivně účastní na tvoří oxid uhelnatý a vodík.Thus, the supply of carbon dioxide or oxygen instead of nitrogen according to the present invention, as well as an increased enrichment gas supply, leads to the fact that, since nitrogen is actively involved in the formation of carbon monoxide and hydrogen.

uhličitý nebo kyslík na rozdíl tvorbě atmosféry, se dodatečně Při tom dále dochází k tomu, že se dosahuje pro kinetiku nauhličování výhodného poměru oxidu uhelnatého k vodíku vyš5 šího než 1:2. Toto se projevuje ve zlepšeném přechodovém čísle uhlíku β takovéto nauhličovací atmosféry (β závisí na poměru oxidu uhelnatého k vodíku a je maximální při poměru 1:1).carbon dioxide or oxygen, as opposed to atmospheric formation, is additionally provided that a preferred carbon monoxide to hydrogen ratio of greater than 1: 2 is achieved for carburizing kinetics. This is reflected in the improved carbon transition number β of such a carburizing atmosphere (β depends on the ratio of carbon monoxide to hydrogen and is maximum at a 1: 1 ratio).

Toto přechodové číslo uhlíku β atmosféry má pro nauhličování a především pro jeho iniciační fázi veliký význam, neboť v této počáteční fázi má každý obrobek ještě relativně nízké podíly uhlíku v povrchové vrstvě a proto přijímání uhlíku obrobkem v této fázi velmi podstatně závisí na dodávce uhlíku, pro kterou je mírou přechodové číslo uhlíku. V časově později ležících úsecích nauhličování ustupuje význam přechodového čísla uhlíku stále více do pozadí, neboť potom povrchová vrstva nauhličovaného obrobku dosáhuje nasycení uhlíkem a rychlost nauhličování v této fázi je závislá na difundování uhlíku z povrchu do vnitřku obrobku. Proto není v pozdějších fázích nauhličování přechodové číslo uhlíku β pro rychlost nauhličování již tak velmi významná a je možno přestoupit na atmosféru s nižším číslem β , jak je uvažováno podle předloženého vynálezu.This carbon transition number β of the atmosphere is of great importance for carburizing and especially for its initiation phase, since in this initial phase each workpiece still has relatively low carbon fractions in the surface layer and therefore carbon uptake by the workpiece in this phase is very dependent on carbon supply. which is a measure of the carbon transition number. In the later sections of the carburization, the significance of the carbon transition number decreases more and more into the background, since then the surface layer of the carburized workpiece reaches carbon saturation and the carburization rate at this stage is dependent on the diffusion of carbon from the surface to the interior of the workpiece. Therefore, in the later stages of carburization, the carbon transition number β is no longer very important for the carburization rate and it is possible to transfer to an atmosphere with a lower β number as contemplated by the present invention.

Podle předloženého vynálezu se k tomu odstaví přívod oxidu uhličitého nebo kyslíku, jakož i zvýšený přívod obohacovacího prostředku a současně se začne se zásobováním dusíkem asi podle výše uvedené rovnice. Tím se dosáhne dusík obsahující endo-plynové atmosféry, která je stejně jako jiné dusíkem ředěné atmosféry bez problémů nastavitelná a regulovatelná pomocí obvyklých zařízení. Při tom zůstávají ovšem zachovány výhody rychlosti, získané v iniciační fázi.According to the present invention, the carbon dioxide or oxygen supply as well as the enrichment of the enrichment agent are shut off and at the same time the nitrogen supply is started according to the above equation. This achieves a nitrogen-containing endo-gas atmosphere which, like other nitrogen-diluted atmospheres, can be easily adjusted and controlled by conventional devices. However, the advantages of speed obtained in the initiation phase are retained.

Stejně výhodných podmínek jako s výše uvedenými výchozími medii se dosáhne podle předloženého vynálezu v případě použití propanu jako obohacovacího plynu, přičemž jinak se jako výchozí medium pro nauhličovací atmosféru může použít opět methylalkohol nebo například také ethylalkohol. Při tom se vytváří atmosféra podle následujících rovnic :The same advantageous conditions as with the above-mentioned starting media are achieved according to the present invention when propane is used as the enrichment gas, and otherwise methanol or, for example, ethyl alcohol can again be used as the starting medium for the carburizing atmosphere. The atmosphere is created according to the following equations:

CH₃OH + 3 C0₂ + C₃H_g -> CO + 2 H₂ + 6 CO + 4 H₂ aCH ₃ OH + 3 CO ₂ + C ₃ H _g -> CO + 2 H ₂ + 6 CO + 4 H ₂ a

C₂H₅OH + 4 C0₂ + C₃H_g -> 2 CO + 3 H₂ + 7 CO + 4 H₂ .C ₂ H ₅ OH + 4 CO ₂ + C ₃ H _g -> 2 CO + 3 H ₂ + 7 CO + 4 H ₂ .

V těchto případech se dosáhne poměru oxidu uhelnatého k vodíku 7 : 6 , popřípadě 9 : 7 , který se velmi blíží optimálnímu poměru 1:1. Podobné výsledky se mohou dosáhnout také s jinými atmosféru vytvářejícími kyslík obsahujícími uhlovodíky, jakož i s odpovídajícími jinými obohacovacími prostředky.In these cases, a carbon monoxide to hydrogen ratio of 7: 6 or 9: 7 is achieved, which is very close to the optimum ratio of 1: 1. Similar results can also be obtained with other oxygen-generating atmospheres containing hydrocarbons, as well as with the corresponding other enrichment means.

Pro přenos uhlíku z plynné atmosféry je vedle poměru množství oxidu uhelnatého k vodíku podstatný také obsah dusíku v atmosféře. Největších výhod se zřetelem na přechod uhlíku, zahajující celkové nauhličení, se dosáhne s atmosférou, která neobsahuje žádný dusík. Proto se podle předloženého vynálezu v odpovídající iniciační fázi používá výhodně úplně bezdusíková atmosféra. Toto se zajistí tím, že se přívod dusíku v této fázi úplně odstaví a namísto toho se přivádí odpovídající množství oxidu uhličitého a s ním korelující zvýšené množství obohacovacího činidla. Tímto způsobem se dosáhne úplně bezdusíkaté nauhličovací atmosféry se správným poměrem oxidu uhelnatého ku vodíku, který se zřetelem na známá kriteria pro zvýšení rychlosti nauhličování prakticky představuje optimum.In addition to the ratio of carbon monoxide to hydrogen, the nitrogen content of the atmosphere is essential for the transfer of carbon from the gaseous atmosphere. The greatest advantages with respect to carbon transition initiating total carburization are achieved with an atmosphere that contains no nitrogen. Therefore, according to the present invention, a completely nitrogen-free atmosphere is preferably used in the corresponding initiation phase. This is ensured by completely shutting off the nitrogen supply at this stage and instead supplying the corresponding amount of carbon dioxide and the correlated increased amount of the enrichment agent. In this way, a completely nitrogen-free carburizing atmosphere is achieved with the correct ratio of carbon monoxide to hydrogen, which practically represents an optimum in view of the known criteria for increasing the carburizing rate.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Vynález je v následujícím blíže objasněn pomocí příkladu provedení.The invention is illustrated in the following by way of example.

Ocelové obrobky, například ozubená kola, se mají v asi dvouhodinovém nauhličovacím zpracování nauhličit s vytvrzovací hloubkou asi 0,8 mm .Steel workpieces, such as gears, are to be carburized with a curing depth of about 0.8 mm in an approximately two-hour carburizing process.

Toto se může v zásadě provádět v komorové peci, která je obvykle provozována s atmosférou na basi dusíku a methylalkoholu. Takováto atmosféra se může například vyrobit rozprašovacím vstřikováním kapalného methylalkoholu do vyhřátého prostoru pece, přičemž dusík slouží jako rozprašovací prostředek. Při tom se získá atmosféra nosného plynu, obsahující dusík, jakož i oxid uhelnatý a vodík, ve které je poměr oxidu uhelnatého k vodíku 1 :2a jinak může mít v širokých mezích volitelný obsah dusíku. Velmi často se však v tomto případě používá takzvaná syntetická endo-plynová atmosféra se 20 % oxidu uhelnatého , 40 % vodíku a 40 % dusíku. Při středních velikostech pece se pro efektivní průběh nauhličování s touto atmosférou tvoříThis can in principle be carried out in a chamber furnace, which is normally operated with a nitrogen-methyl alcohol atmosphere. Such an atmosphere can, for example, be produced by spray-injection of liquid methanol into the heated space of the furnace, with nitrogen serving as a spraying agent. In this case, a nitrogen-containing carrier gas atmosphere as well as carbon monoxide and hydrogen are obtained in which the carbon monoxide to hydrogen ratio is 1: 2, otherwise it may have a selectable nitrogen content within wide limits. Very often, however, a so-called synthetic endo-gas atmosphere with 20% carbon monoxide, 40% hydrogen and 40% nitrogen is used in this case. At medium furnace sizes, carburization with this atmosphere is formed to efficiently proceed

O například asi 10 m plynu za hodinu. V případě endo-plynové atmosféry je k tomu zapotřebí přivést do pece . o asi 3,5 1 methylalkoholu a 4 plynného dusíku za hodinu. Po tomto základním vytvoření atmosféry je třeba nastavení této atmosféry se zřetelem na uhlíkový potenciál (C-Pegels) . K tomu je nutný přídavek obohacovacího činidla, například zemního plynu. Tento přídavek činí u popsané a a endo-plynové atmosféry s 10 nr asi 0,25 m za hodinu a provádí se obvykle regulovaně. Při celém procesu nauhličování je dále nejlépe třeba nastavit teplotu pece v rozmezí 800 až 1050 °C , výhodně v rozmezí 850 až 950 °C. Výše uvedeným potom například dusík-methanolová způsobem provozované nauhličování se provádí tak, že endo-plynová atmosféra nastavením uhlíkového potenciálu zachovává procesu nauhličování neměnná.For example, about 10 m of gas per hour. In the case of an endo-gas atmosphere, it is necessary to introduce it into the furnace. about 3.5 liters of methanol and 4 nitrogen gas per hour. After this basic creation of the atmosphere, it is necessary to adjust this atmosphere with respect to the carbon potential (C-Pegels). This requires the addition of an enrichment agent, for example natural gas. This addition is about 0.25 m per hour for the described α and endo-gas atmosphere with 10 m and is usually carried out in a controlled manner. Furthermore, in the entire carburization process, the temperature of the furnace is preferably in the range 800 to 1050 ° C, preferably in the range 850 to 950 ° C. For example, the aforementioned nitrogen-methanol carburization is carried out in such a way that the endo-gas atmosphere, by adjusting the carbon potential, keeps the carburization process constant.

se popsana s vhodným během celéhois described with suitable throughout

Podle předloženého vynálezu se však proces nauhličování provádí následujícím způsobem :According to the present invention, however, the carburization process is carried out as follows:

V zásadě se podle předloženého vynálezu opět vytvoří dusík-methanolová atmosféra, například endo-plynová atmosféra a tato se například předloží při a po naplnění pece obrobky. Krátce po naplnění obrobků do přiblížení se k teplotě zpracování se však pece a pri úplně zastaví αIn principle, according to the present invention, a nitrogen-methanol atmosphere, for example an endo-gas atmosphere, is formed again and is, for example, introduced at and after the furnace has been filled with workpieces. However, shortly after the workpieces are filled until they approach the processing temperature, α and the furnace stop completely

přívod dusíku, zatímco se začne přivádět 2 m /h oxidu uhlí•a čitého a 2,25 m /h zemního plynu. Přívod oxidu uhličitého probíhá při tom jednoduše a bez problémů přes přiváděči vedení dusíku tak, že plynný oxid uhličitý zajišťuje rozprašování methylalkoholu, přičemž přiváděné množství methylalkoholu v této fázi může být dále principielně rovněž poněkud změněno, výhodně zredukováno. Tímto způsobem se v podstatě dosáhne nauhličovací atmosféry podle následující rovnice :supply of nitrogen while 2 m / h of carbon and pure oxide and 2.25 m / h of natural gas are introduced. In this case, the feed of carbon dioxide takes place simply and without problems through the nitrogen feed line so that the gaseous carbon dioxide ensures the atomization of methanol, and the amount of methanol supplied in this phase can furthermore also be changed somewhat, preferably reduced. In this way, the carburizing atmosphere is essentially achieved according to the following equation:

CH₃OH + C0₂ + 1,25 CH₄ -> CO + 2 H₂ + 2 CO + 2 H₂ + +0,25 CH₄ .CH ₃ OH + CO ₂ + 1.25 CH ₄ -> CO + 2 H ₂ + 2 CO + 2 H ₂ + + 0.25 CH ₄ .

Tím se získá bezdusíková atmosféra s alespoň asi 43 % oxidu uhelnatého a 57 % vodíku, přičemž tato atmosféra má na základě svého poměru oxidu uhelnatého k vodíku prakticky 1 : 1 prakticky maximální přechodové číslo uhlíku β . Nauhličování obrobků probíhá dále na této basi až do okamžiku, při kterém se vysokým vnášením uhlíku, kterým se tato atmosféra vyznačuje (β asi 3,0 . 10^-5 m/s) , již nedosáhne žádného ovlivnění rychlosti nauhličování. Toto je jak známo v tom případě, kdy jsou povrchové vrstvy nauhličováných obrobků ve svém obsahu uhlíku nasycené a rychlost nauhličování závisí pouze na difusi uhlíku z povrchu do vnitřku obrobků. Obzvláště při velkých hloubkách vytvrzování je tato difuse konečně určující pro celkovou dobu nauhličování, zatímco při nepatrných hloubkách vytvrzování hraje jednoznačně dominantní roli rychlé nauhličení povrchových vrstev, tedy eficientní přenos uhlíku.This provides a nitrogen-free atmosphere with at least about 43% carbon monoxide and 57% hydrogen, which has virtually a maximum carbon transition number β based on its carbon monoxide to hydrogen ratio of practically 1: 1. Carburizing of the workpieces continues on this basis until the high carbon introduction (β about 3.0, 10 ^-5 m / s) no longer affects the rate of carburization. This is known in the case where the surface layers of carburized workpieces are saturated in their carbon content and the rate of carburization depends only on the diffusion of carbon from the surface to the interior of the workpieces. Especially at high curing depths, this diffusion is ultimately decisive for the total carburization time, while at low cure depths the rapid carburization of the surface layers, ie efficient carbon transfer, is clearly dominant.

Po dosažení předpokládaného obsahu uhlíku v povrchových vrstvách nauhličovaného materiálu tedy nastává do hloubky jdoucí nauhličování obrobků difusními procesy. Této difusní fáze se může dosáhnout již po uplynutí 5 % , nebo teprve po uplynutí 50 % celkové doby nauhličování, přičemž toto je v podstatě závislé na velikosti obrobků, míře nauhličení a na hloubce nauhličení. Podle předloženého vynálezu je tedy navrženo přejít na dusík obsahující atmosféru po uplynutí 5 až 50 % , výhodně 10 až 40 % celkové doby nauhličování ; v případě asi dvouhodinového nauhličování tedy asi po uplynutí 15 až 50 minut. K tomuto bodu se provede přepnutí na například opět standardní cenově vhodnou endo-plynovou atmosféru a sice v nejjednodušším případě tak, že se současně s ukončením přívodu oxidu uhličitého opět zařadí do nauhličovací pece přívod dusíku za rozprašování methanolu, přičemž současně se provede vhodné snížení přívodu zemního plynu. Tento přívod zemního plynu se při tom konečně potom nastaví tak, aby mohl být pomocí potom vytvářené atmosféry zachován požadovaný obsah uhlíku v povrchových vrstvách obrobků, obvykle v rozmezí 0,8 až 1,0 % C . Tohoto se bez problémů dosáhne pomocí odpovídající a o sobě známé regulace uhlíkového potenciálu této nyní opět dusík obsahující atmosféry měřením signifikantní velikosti této atmosféry a odpovídajícího přídavku zemního plynu. Ve střední části nauhličování a obzvláště v konečné fázi se podle předloženého vynálezu tedy opět udržují obvyklé podmínky nauhličování, přičemž se zde pracuje opět například se standardní nosnou atmosférou ze 20 % oxidu uhelnatého , 40 % vodíku a 40 % dusíku.Thus, after reaching the presumed carbon content of the surface layers of the carburized material, the carburizing of the workpieces by diffusion processes takes place in depth. This diffusion phase can only be achieved after 5% or only 50% of the total carburization time has elapsed, which is essentially dependent on the size of the workpieces, the degree of carburization and the depth of carburization. According to the present invention it is therefore proposed to switch to a nitrogen-containing atmosphere after 5 to 50%, preferably 10 to 40% of the total carburization time; in the case of about two hours of carburizing, after about 15 to 50 minutes. At this point, a switch to a standard cost-effective endo-gas atmosphere is made, in the simplest case, by re-introducing a nitrogen feed into the carburizing furnace at the same time as the carbon dioxide feed is terminated, while simultaneously reducing the natural gas feed rate appropriately. gas. The natural gas supply is then adjusted in such a way that the desired carbon content of the workpiece surface layers, usually in the range of 0.8 to 1.0% C, can be maintained by means of the atmosphere generated thereafter. This is achieved without problems by means of an appropriate and well-known regulation of the carbon potential of this now nitrogen-containing atmosphere by measuring the significant size of this atmosphere and the corresponding addition of natural gas. Thus, according to the present invention, the usual carburization conditions are again maintained in the middle part of the carburization and in particular in the final phase, again working, for example, with a standard carrier atmosphere of 20% carbon monoxide, 40% hydrogen and 40% nitrogen.

Pomocí předloženého vynálezu se dosáhne zásadního zkrácení procesu nauhličování, především v počáteční fázi použitou, přenos uhlíku extrémně podporující atmosférou. Toto může činit až 20 % obvyklé doby trvání nauhličovacího procesu pomocí endo-plynu, přičemž větší výhody se dosáhne obzvláště při menších hloubkách vytvrzování. Dále nejsou opatření a prostředky, nutné pro provádění způsobu podle předloženého vynálezu příliš nákladné, neboř v podstatě se přívod dusíku v zařízení musí paralelně přepnout pouze na přívod oxidu uhličitého a toto je bez problémů možno doplnit do stávajících zařízení.With the present invention, a significant reduction in the carburization process, particularly in the initial phase used, the carbon transfer extremely supportive atmosphere is achieved. This can be up to 20% of the usual duration of the carburizing process by means of an endo-gas, with a greater advantage being obtained especially at lower curing depths. Furthermore, the measures and means necessary for carrying out the process according to the invention are not too expensive, since essentially the nitrogen supply in the plant has to be switched in parallel only to the carbon dioxide supply and this can be easily added to the existing plants.

Při způsobu podle předloženého vynálezu je sice nutná příprava dodatečného výchozího media, totiž oxidu uhličitého, jsou však tím podmíněny popsané výhody jakož i možnosti postupu, které otevírají nové možnosti velkému počtu případů využití.While the process according to the invention requires the preparation of an additional starting medium, namely carbon dioxide, the advantages described above and the possibilities of the process which open up new possibilities for a large number of applications are thereby conditioned.

Předložený vynález tedy není omezen na výše zmiňované varianty, jsou zde možné například také plynule pracující varianty způsobu, při nichž se může prakticky kontinuelně přepínat provoz s oxidem uhličitým na provoz s dusíkem a naopak, vždy podle určeného časového průběhu. Vynález rovněž není omezen na jednokomorové pece, může se také použít pro průběžná zařízení, přičemž potom se například v zahřívací a nauhličovací zóně tohoto zařízení pracuje s atmosférou s oxidem uhličitým, zatímco v difusní zóně a ochlazovací zóně se pracuje s konvenčními atmosférami. V každém případě je však vhodná tvorba atmosféry přídavkem oxidu uhličitého nebo kyslíku ve spojení se zvýšeným přídavkem obohacovacího činidla podstatné a výhody přinášej ící opatření.Thus, the present invention is not limited to the aforementioned variants, for example continuous processes of the process are also possible, in which the operation with carbon dioxide can be switched practically continuously to the operation with nitrogen and vice versa, depending on the determined time course. The invention is also not limited to single-chamber furnaces, it can also be used for continuous plants, whereby, for example, a carbon dioxide atmosphere is used in the heating and carburizing zone of the apparatus, while conventional atmospheres are used in the diffusion zone and cooling zone. In any case, however, the appropriate formation of the atmosphere by the addition of carbon dioxide or oxygen in conjunction with the increased addition of the enrichment agent is essential and of the benefit of the measure.

Claims

A process for the carburizing of metal workpieces in a furnace at a high temperature and in an atmosphere containing carbon monoxide and hydrogen, in which the atmosphere is formed on the basis of furnaces supplied and oxygen-containing hydrocarbon media, in particular methanol, and nitrogen based, an enrichment agent for adjusting a certain carbon potential, and in which, in the initial phase of the carburization process, in which the carbon is rapidly absorbed by the workpiece, a high carbon transition number atmosphere is formed, carbon or oxygen or a mixture of oxygen and air, and - accordingly - an increased amount of enrichment agent and, on the other hand, the nitrogen addition is reduced accordingly and that at a later stage of the process in which it is critical measurement of diffusion of carbon, removed again supplying carbon dioxide or oxygen, as well as increased air enrichment agent for inclusion purge.

The process according to claim 1, characterized in that the addition of carbon dioxide is carried out in conjunction with the addition of natural gas or propane as enrichment agents.

3.

Method according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the supply to the initial carburization phase is completely shut off.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the oxide or oxygen is introduced in the initial phase, preferably taking 10 to 40% of the carburization time.