DD205187A1 - Verfahren zur chemisch-thermischen behandlung von metall - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemisch-thermischen Behandlung von Metallen, insbesondere Stahl-und Gussteile in Waermebehandlungsanlagen. Ziel der Erfindung ist, den anlagen- und messtechnischen Aufwand zu verringern und die Standzeit der Waermebehandlungsanlage zu erhoehen. Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, das innerhalb des Temperaturbereiches von 1073,15-1473,15 K den Einsatz eines nichtexplosiblen Schutzgases, kleiner gleich 5 Vol-% brennbare Bestandteile, zum aufkohlenden und kohlungsneutralen Gluehen, ermoeglicht. Die erfindungsgemaessen Merkmale bestehen darin, dass mit einer Zugabe von 0,4-1,0Vol-%Ctief3Htief8u.3-4Vol-%Luft zu100 Vol-%Ntief2bei einer Temperatur oberhalb 1073,15K ein Schutzgas mit einer temperaturabhaengigen Zusammensetzung < 0,05 Vol-% CO tief 2 + H tief 2 O, 1,5 Vol-% CO, 2,0 Vol-% H tief 2, 1-1,5 Vol-% CH tief 4, < 1 Vol-% Luft und Rest N tief 2 hergestellt wird. Anwendung der Erfindung fuer Metalle, insbesondere Stahl- und Gussteile in Waermebehandlungsanlagen.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur chemisch-thermischen Behandlung von Metall

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemisch-thermisehen Behandlung von Metall, insbesondere Stahl- und Gußteile in Wärmebehandlungsanlagen.

.Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Praxis ist ein Verfahren zur chemisch-thermischen Behandlung von Metall bekannt, bei dem das Aufkohlen von randentkohlten Schichten unter Endogas, d. h. mit 20 - 23 VoI % 00, 30 - 40 VoI % H₂, < 2 VoI % CO₂ + H₂O, Rest N₂ erfolgt«' Nachteilig ist dabei, daß nur Glühprozesse oberhalb 1023,15 K unter dieser Gasatmosphäre durchführbar sind» Alle Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse erfordern zudem bei dieser Gasart inerte explosionssichere Gasatmosphären. Für den notwendigen Wechsel der Gasatmosphäreη wird ein hoher anlagentechnischer Aufwand benötigt.

Ein weiteres Verfahren (firmeneigene Druckschrift der Firma "Ebner-Industrieofenbau", Linz/Österreich, 1979)» auch unter dem Begriff "restaurierendes Glühen" bekannt, verwendet als Gasatmosphäre Inertgas mit 2-9 VoI % 00, 2 - 5 VoI % H₂, < 0,1 VoI % 0O₂, Rest N₂. Es zeigt sich, daß neben dem separaten Inertgaserzeuger Ofenanlagen mit Schutzgasschleusen, um den Eintritt von Luftsäuerstoff beim Chargieren des Wärmegutes zu vermeiden, erforderlich sind. Die Messung und Regelung der einzuhaltenden Ofengasatmosphäre erfolgt durch das Erfassen vom CO-Gehalt bzw. des Partialdruckverhältnisses

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o Dabei ergeben sich hohe und aufwendige Forderungen

an die notwendige Meßtechnik, da bereits C0₂-Schwankungen im ppm-Bereich die Gleichgewichtsbedingungen der homogenen Wassergasreaktion soweit verändern können, daß anstelle der gewünschten aufkohlenden Wirkung eine Entkohlung oder aber Rußbildung auf der Wärmegutoberfläche stattfindet» Andere bekannte Verfahren (DE-OS 25 39 722) verwenden Stickstoff N₂ als Trägergas und setzen Kohlenwasserstoffe CNHM, Z₀Bo Methanol CHoOH, Butan C₄H^₀, Propan CoHg usw. als Zusatzgas mehr oder weniger kontrolliert ein ο Bei ihnen entsteht jedoch immer ein explosibles Gasgemisch, da die für die Aufkohlung maßgebende Komponente, der CO-Gehal.t im Ofengas entsprechend groß sein muß· Ein inertes Spülgas ist wie bei dem Endogasverfahren notwendig. Rußablagerungen sind ebenfalls nicht auszuschließen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den anlagen- und meßtechnischen Aufwand zu verringern und die Standzeit der Wärmebehandlungsanlage zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das innerhalb des Temperaturbereiches von 1073 »15 - 14-73 »15 K den Einsatz eines nichtexplosibleη Schutzgases, < 5 VoI % brennbare Bestandteile zum aufkohlenden und kohlungsneutralen Glühen ermöglichte

Die erfindungsgemäßen Merkmale bestehen darin, daß mit einer Zugabe von 0,4· - 1,0 VoI % O₃H₈ und 3-4- VoI % Luft zu 100 VoI % N₂ bei einer Temperatur oberhalb 1073»15 K ein Schutzgas mit einer temperaturabhängigen Zusammensetzung < 0,05 VoI % CO₂ + H₂O, 1,5 VoI % CO, 2,0 VoI % H₂, 1 1,5 VoI % CH₄, < 1 VoI % Luft und Rest N₂ hergestellt wird· Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß Propan CoHg durch andere Kohlenwasserstoffe CNHM ersetzbar ist« .

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Es gehört auch zur Erfindung, daß die Luft durch Sauerstoff O₂ austauschbar ist_e

Das abschließende Merkmal besteht darin, daß der Aufkohlungsvorgang über den Methananteil OH^ der Atmosphäre abläuft,,

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 den technologischen Ablauf

Fig. 2 den schematischen Aufbau der Wärmebehandlungsanlage.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird das chemisch-thermisch zu behandelnde Metall 12 in einer Wärmebehandlungsanlage einem Temperatur-Zeit-Verlauf D unterzogen. Die Temperatur r wird in K und die Zeit t in h angegeben. Der Temperatur-Zeit-Verlauf D setzt sich aus dem Aufheizen A, der Haltezeit B und dem Abkühlen 0 zusammen. Der für jedes zu behandelnde Metall 12 vorgegebene technologische Ablauf nach Fig. 1 schließt die Zugabe von Stickstoff N₂ mit Beginn des Temperatur-Zeit-Verlaufs D und die Zufuhr von Propan CUHq sowie Luft oder O₂ oberhalb einer Temperatur ,5, 1073,15 K in dem Ofenraum 10 gemäß Fig. 2 mit ein. Die Zufuhr von 100 VoI % N₂ beim Aufheizen des Metalls 12 bis 1073»15 K sowie beim Abkühlen von 1073 »15 - 4-73,15 K ermöglicht ein Glühen ohne Stoff austausch zwischen Metall 12 und umgebendem Schutzgas. Mit einer Zugabe von 0,4 - 1,0 VoI % O₃H₈ und 3 - 4 % Luft zu 100 VoI % N₂ wird bei einer Temperatur oberhalb 1073,15 K ein Schutzgas mit aufkohlender Wirkung für'das Metall 12 hergestellt. Das Schutzgas weist eine temperaturabhängige Zusammensetzung von <"0,05 VoI % 0O₂ + H₂O, 1,5 VoI % 00, 2 VoI % H₂, 1 1,5 VoI % OH₄, < 1 VoI % Luft und Rest N₂ auf. Dem Metall zuzuführender Kohlenstoff O wird ausschließlich von Methananteil OH₄ entsprechend dem Partialdruckverhältnis

0,05 ..· 0,03

bereitgestellt« Der CO-Gehalt ist am Stoffaustausch nicht

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t)GO mit beteiligt, da das hierfür maßgebende Verhältnis entkohlend wirkt. Der Aufkohlungsvorgang läuft über den Methananteil OEL₁ der Atmosphäre ab_o Gemäß Fig, 2 erfolgt die Bereitstellung des Stickstoffes Ng und des Propans O3H8 durch die Piaschenbatterie 1 und Der notwendige Luft- oder P2-Bedarf kann mit Hilfe einer Pumpe bzw«¹ Säuerst of fdruckf lasche 3 bereitgestellt werden , An den Mengeneinstellventilen 4, 5 und 6 werden die entsprechenden Mengen Ng, C3H8 und Luft oder Og ables- und kontrollierbar an den Mengenmessern 7» 8 und 9 eingestellt und dem gasdichten, indirekt beheizten Ofenraum 10 als Gemisch N2_f O^He + Luft oder O₂ zugeführt. Der Ofenraum ist mit einem Umwälzventilator 11 und einem indirekten Heizkörper 13 versehen» Das zu behandelnde Metall ist im Of enraum mit 12 dargestellt ·^; Die Gasabführung 14 besteht aus 00, GOg + HgO, OH4, Hg und Ng.

Durch das Verfahren ergeben sich verschiedene Vorteile· Die gleichzeitige,Anwendung der Gasarten Stickstoff N₂, Propan 03% und L^ft oder Sauerstoff Og (wobei anstelle von G3H8 andere Kohlenwasserstoffe ONHM treten können) im beschriebenen Verhältnis und angeführten Temperatur-Zeit-Verlauf D ermöglicht einerseits den Wegfall sämtlicher Schutzgaserzeugungsanlagen und andererseits ist der Ablauf der chemisch-thermischen Behandlung ohne wesentliehen meßregelungs- und sicherheitstechnischen Aufwand zu verwirklichen. Die rußfreie Ofengasatmosphäre garantiert bei gleichzeitiger Kohlenstoffaufnähme durch die Oberfläche des Metalls 12 außerdem eine hohe Standzeit der thermisch und chemisch beanspruchten Teile der Wärmebehandlungsanlageo¹

Claims (4)

240097 4 Erfindungsanspruoh * Verfahren zur chemisch-thermischen Behandlung von Metall, insbesondere Stahl- und Gußteile in Wärmebehandlungsanlagen mit einer Schutzgasatmosphäre aus 00, 0O2 + H2O, CH^, H2 und N2, gekennzeichnet, dadurch, daß mit einer Zugabe von 0,4 - 1 ,0 VoI % 0oHQ und 3-4·. VoI % Luft zu 100 VoI % N2 bei einer Temperatur oberhalb 1073,15 K ein Schutzgas mit einer temperaturabhängigen Zusammensetzung < 0,05 VoI % 0O2 + H2O, 1,5 VoI % 00, 2,0 VoI % H2,

1 - 1,5 VoI % OH₄, < 1 VoI % Luft und Rest N₂ hergestellt wird*

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
Propan OJEg durch andere Kohlenwasserstoffe ONHM ersetzbar ist.

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch,
daß Luft durch Sauerstoff O₂ austauschbar ist«

4-e' Verfahren nach Punkt 1,2 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Aufkohlungsvorgang über den Methananteil CH. der Atmosphäre abläuft_o

- Hierzu 1 Blatt Zeichnung -