DE10016748A1

DE10016748A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Einsetzen unter Vakuum

Info

Publication number: DE10016748A1
Application number: DE10016748A
Authority: DE
Inventors: Toru Kadono; Yasuhiro Kubota; Satoshi Harai; Tetuya Okada; Naoaki Imai
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-02-08
Also published as: FR2792339A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Vakuumaufkohlung niedriglegierter Stahlteile und einen verbesserten Ofen (10) zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung, bei denen eine Aufkohlungsbehandlung auf flexible Weise sowohl über einen weiten Temperaturbereich zur Aufkohlungsbehandlung als auch über einen weiten Änderungsbereich der Einsatzhärtung der Oberflächen der behandelten Teile ausgeführt wird. DOLLAR A Beim erfindungsgemäßen Ofen (10) zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung sind eine Vakuumaufkohlungskammer und eine Diffusionskammer in eine Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer (12) ingriert, die sowohl als Vakuumaufkohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, so daß sowohl eine Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch eine Diffusionsbehandlung in der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer (12) ausgeführt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Vakuumaufkohlung bzw. zum Vakuumeinsetzen und einen verbesserten Ofen zur kontinuierlichen Vakuum aufkohlung niedriglegierter Stahlteile.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Herkömmliche kontinuierliche Vakuumaufkohlungsöfen für niedriglegierte Stahlteile des Batch-Typs, in die der Reihe nach Tabletts hineintransportiert und einzeln heraustrans portiert werden, sind beispielsweise auf Seite 84kk in "ADVANCED METALS & PRO CESSES", veröffentlicht im Juni 1998, im Artikel "UPDATE ON VACUUM-BASED CAR BURIZING" von F. Preisser et al. beschrieben (dort insbesondere in Fig. 5). Die Fig. 5 dieser Zeitschrift ist in Fig. 3 wiedergegeben. Der Ofen weist, nachfolgend zu einer Heizkammer, eine unabhängige Vakuumaufkohlungskammer auf, die mittels eines Viel zahl von Vakuum abgedichteten Türen abgedichtet und abgeschlossen ist, um eine Va kuumaufkohlungsbehandlung durchzuführen, und folgt einer Diffusionskammer mit meh reren Stationen, die auf ähnliche Weise durch eine Vielzahl von Vakuum abgedichteten Türen abgedichtet und abgeschlossen sind, um eine Diffusionsbehandlung durchzufüh ren. Bei den Vakuumaufkohlungs- und den Diffusions-Behandlungen ist es bekannt, daß die Zeiten für die Vakuumaufkohlungsbehandlung (Tc) und die der Diffusionsbe handlung (Td) genau gesteuert werden. Des weiteren muß gleichzeitig das Zeitverhält nis (Tc/Td) ebenfalls geändert werden, um bei einer Temperaturänderung der Vakuum aufkohlungsbehandlung (im folgenden als "Behandlungs-Temperatur" bezeichnet) zu entsprechen. Wenn sich beispielsweise die Behandlungstemperatur von 930°C auf 1040°C ändert, muß sich das Zeitverhältnis (Tc/Td) stark von 1,5 auf 3,5 ändern. Um die selbe Einsatzhärtungstiefe zu erhalten, ist mit steigender Behandlungstemperatur eine kürzere Behandlungszeitdauer notwendig. Aus diesem Grund wird eine höhere Behandlungstemperatur verwendet, wenn eine größere Einsatzhärtungstiefe erhalten werden soll, im Gegensatz dazu wird einer geringeren Einsatzhärtungstiefe eine geringe Behandlungstemperatur eingestellt, um die Einsatzhärtungstiefe einfacher steuern zu können. In Abhängigkeit von dem zu behandelnden Material wird eine höhere Behand lungstemperatur nicht gewählt, wenn eine Aufrauhung usw. vermieden werden soll. Somit ist es beim Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung notwendig, die Behand lungstemperatur zu ändern, um einer gewünschten Einsatzhärtungstiefe oder dem zu behandelnden Material zu entsprechen.

In Fällen, in denen eine Vielzahl von Tabletts oder Tabletts mit Körben (im folgenden als "TRAY" bezeichnet) der Reihe nach in zwei unabhängige Kammern umfassend eine unabhängige Vakuumaufkohlungskammer und eine unabhängige Diffusionskammer und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs davon heraustransportiert werden, oder eines oder eine Vielzahl von TRAYs der Reihe nach von den beiden unabhängigen Kammern heraustransportiert wird und zur gleichen Zeit die gleiche Anzahl von TRAYs dort hineintransportiert wird, und des weiteren in Fällen, bei denen nur ein TRAY in jede Kammer transportiert hinein und einzeln daraus heraus transportiert wird, und bei denen eine Behandlungstemperatur sich von einer niedrigen zu einer hohen Temperatur än dert, wird eine Behandlungszeit des Vakuumaufkohlungsverfahrens so eingestellt, daß sich bei einer Änderung des Zeitverhältnisses (Tc/Td) von 1 auf 1,5 die Zeit des Diffusi onsverfahrens entsprechend verlängert oder alternativ eine vorbestimmte zusätzliche Anzahl von Stationen in der Diffusionskammer für die verlängerte Zeit des Diffusions verfahrens vorgesehen ist. In Fällen, in denen eine Vielzahl von TRAYs jedoch in jede Vakuumaufkohlungskammer hinein und daraus heraustransportiert werden, kann das zweite TRAY ungenügend aufgekohlt oder eingesetzt sein, obwohl das erste TRAY aus reichend aufgekohlt wurde. Somit haben die herkömmlichen kontinuierlichen Vakuum aufkohlungsöfen des Batch-Typs den Nachteil, daß eine Änderung der Behandlungs temperatur unmöglich war und daß sie ferner nicht flexibel genug waren, sich an eine solche Änderung anzupassen.

Beim herkömmlichen kontinuierlichen Vakuumaufkohlungsofen war es insbesondere unmöglich, die Vakuumaufkohlung und die Diffusionsbehandlungen unter den gleichen Vakuumaufkohlungsbedingungen durchzuführen, nachdem die zu behandelnden Teile auf eine Aufkohlungsbehandlungstemperatur gebracht wurden. Es war vielmehr not wendig, das Vakuumaufkohlungsverfahren unter einer Atmosphäre mit einer hohen Konzentration an kohlenstoffhaltigem Gas durchzuführen. Es war außerdem notwendig, eine nachfolgende Vakuumdiffusionsbehandlung durchzuführen, um absorbierten oder eingedrungenen Kohlenstoff im Inneren der Teile zu diffundieren und sowohl die Koh lenstoffkonzentration als auch die Einsatzhärtungstiefen der behandelten Teile einzu stellen. Aus diesem Grund ist es bei einem herkömmlichen kontinuierlichen Vakuumauf kohlungsofen, in den ein oder eine Vielzahl von TRAYs, die mit zu behandelnden Teilen beladen sind, der Reihe nach hineintransportiert und daraus heraustransportiert wird und die gleiche Anzahl von TRAYs, die mit behandelten Werkstücken beladen sind, in einem getakteten Transportzyklus daraus heraustransportiert werden, üblich, eine un abhängige Vakuumaufkohlungskammer vorzusehen, die durch eine Vielzahl von vaku umabgedichteten Türen abgedichtet und abgeschlossen ist, und eine Diffusionskam mer, die auf ähnliche Weise abgedichtet und abgeschlossen ist.

Zusätzlich ist es bekannt, daß sowohl die Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch die Diffusionsbehandlung im Ofen üblicherweise unter der gleichen Temperatur durchge führt werden, und daß eine Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der behandelten Teile eine Funktion der Temperatur der Aufkohlungsbehandlung (wobei sowohl die Va kuumaufkohlungsbehandlung als auch die Diffusionsbehandlung umfaßt sind) gegeben ist. Außerdem sind die Kohlenstoffkonzentration und die Einsatzhärtungstiefe der Ober flächen der behandelten Teile als eine Funktion des Zeitverhältnisses (Tc/Td) gegeben, wobei Tc: die Zeit der Vakuumaufkohlungsbehandlung und Td: die Zeit der Diffusions behandlung ist. Des weiteren ist ein jeder dieser beiden Funktionswerte jeweils als eine Funktion der Behandlungstemperatur gegeben. Um in den meisten Fällen eine ge wünschte Kohlenstoffkonzentration in den Oberflächen der behandelten Teile zu erhal ten, ist das Zeitverhältnis (Tc/Td) nicht notwendigerweise eine Ganzzahl, sondern es verbleiben Bruchteile. Daher ist es notwendig, zusätzlichen Raum oder eine oder meh rere Stationen in der Diffusionsbehandlungskammer für die zusätzlichen TRAY(s) vor zusehen, die diesen Bruchteilen entsprechen. Wenn sich dann die Aufkohlungsbe handlungstemperatur ändert, hat dies zum Ergebnis, daß bei Aufkohlungsbehandlungen mit einem weiten Bereich von Aufkohlungsbehandlungstemperaturen viel zusätzlicher leerer Raum oder viele zusätzliche leere Stationen der Diffusionsbehandlungskammer notwendig sind, da sich das Zeitverhältnis (Tc/Td) stark ändert. Dadurch wird die Flexi bilität bei der Produktion stark eingeschränkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Vaku umaufkohlung für niedriglegierte Stahlteile und einen verbesserten Ofen zur kontinuierli chen Vakuumaufkohlung vorzusehen, der dazu zumindest eine Heizkammer, eine Va kuumaufkohlungskammer, eine Diffusionskammer, eine Kammer zum Abkühlen auf Härtetemperatur und eine Kühlkammer zum Abschrecken aufweist, wobei Aufkohlungs behandlungen auf flexible Weise über einen weiten Temperaturbereich für die Aufkoh lungsbehandlung ausgeführt werden, und es der Ofen ermöglicht, auf flexible Weise mit einem großen Änderungsbereich von Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der be handelten Teile fertigzuwerden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Va kuumaufkohlung und einen verbesserten Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung vorzusehen, bei denen in Fällen, bei denen ein oder eine Vielzahl von Tabletts oder Tabletts mit Körben (im folgenden als "TRAY" bezeichnet) der Reihe nach in die Vaku umaufkohlungs-Diffusionskammer in einem bestimmten Zeitabstand hineintransportiert und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs aus dieser heraustransportiert wird, oder eine oder eine Vielzahl von TRAYs der Reihe nach aus der Vakuumaufkohlungs- Diffusionskammer heraustransportiert und mit dem gleichen Takt die gleiche Anzahl von TRAYs hineintransportiert werden, die Aufkohlungsbehandlung auf flexible Weise so wohl dem weiten Temperaturbereich der Aufkohlungsbehandlung als auch dem weiten Bereich der Änderungen in sowohl der Kohlenstoffkonzentration als auch der Einsatz härtungstiefe des zu behandelnden Werkstückes anpaßbar ist.

Die obigen und anderen Ziele werden durch ein Verfahren zur Vakuumaufkohlung und eines Ofens zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung erreicht, die zumindest eine Heiz kammer, eine Vakuumaufkohlungskammer, eine Diffusionskammer, eine Kammer zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und eine Kühlkammer zum Abschrecken aufweisen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vakuumaufkohlungskammer und die Diffusi onskammer in eine Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer integriert sind, die sowohl als Vakuumaufkohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, so daß eine Va kuumaufkohlungsbehandlung und eine Diffusionsbehandlung beide in der Vakuumauf kohlungs-Diffusionskammer ausgeführt werden.

Da bei einer derartigen Anordnung sowohl die Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch Diffusionsbehandlung in der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer ausgeführt werden, ist das verbesserte Vakuumaufkohlungsverfahren und der verbesserte Ofen zur konti nuierlichen Vakuumaufkohlung in der Lage, Aufkohlungsbehandlungen durchzuführen, die auf flexible Weise an einen weiten Bereich sowohl der Temperaturen der Aufkoh lungsbehandlung als auch der Änderungen der Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der zu behandelnden Teile anpaßbar ist.

Vorzugsweise sind in Fällen, bei denen ein oder eine Vielzahl von Tabletts oder Tabletts mit Körben (im folgenden als "TRAY" bezeichnet) der Reihe nach in die Vakuumauf kohlungs-Diffusionskammer hinein und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs dar aus heraustransportiert wird, oder eines oder eine Vielzahl von TRAYs der Reihe nach aus der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer heraus und gleichzeitig die gleiche An zahl von TRAYs darin hineintransportiert wird, sowohl die Vakuumaufkohlungsbehand lung als auch die Diffusionsbehandlung zunächst so ausgebildet, daß eine Verfahrens zeit umfassend sowohl die Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch die Diffusionsbe handlung in eine Teilzeit geteilt wird (wobei die Bruchteile abgerundet werden), die da durch erhalten wird, daß eine Ganzzahl durch eine Batch-Rate geteilt wird. Die Batch- Rate wird erhalten, indem die nach Auslegung maximal aufnehmbare Anzahl von TRAYs in der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer (einschließlich der korrigierten aufnehmbaren Zahl derselben) durch die Zahl der derzeit in die Vakuumaufkohlungs- Behandlungskammer hinein- und heraustransportierten TRAYs geteilt wird. Danach werden wiederholte Prozesse über die Teilzelt sowohl bei der Vakuumaufkohlungsbe handlung als auch der Diffusionsbehandlung so oft durchgeführt, wie es der Anzahl der Teilzeiten entspricht. Auf diese Weise werden die gewünschte Kohlenstoffkonzentratio nen und die gewünschten Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der behandelten Teile durch die wiederholten Prozesse erhalten. Außerdem wird ein Zeitfehler bei einer jeden Wiederholzeit des Verfahrens bei der Vakuumaufkohlungsbehandlung und/oder der Diffusionsbehandlung auf weniger als 5% gesteuert. Auf diese Weise werden bei den Vakuumaufkohlungsbehandlungen hohe Produktivitäten auf flexible Weise sicherge stellt, wobei Änderungen in den Behandlungszuständen einschließlich der Behand lungstemperaturen, der Kohlenstoffkonzentration und den Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der behandelten Teile gewährleistet sind.

Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der Zeitfehler bei der Zeitdauer eines jedes wie derholten Prozesses bei der Vakuumaufkohlungsbehandlung und/oder der Diffusions behandlung weniger als 5% beträgt. Wenn der Zeitfehler über 5% liegt, werden keine guten Ergebnisse erzielt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Vakuumaufkohlung von niedriglegierten Stahlteilen und des Ofens zur durchgängigen Vakuumaufkohlung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Blockansicht im geschnittenen Seitenriß eines experi mentellen Ofens für die Vakuumaufkohlung im Batch-Verfahren mit einer Kammer 2, die als Heizkammer dient, mit einer Vakuumaufkohlungskammer, mit einer Diffusionskammer und mit einer Kammer zum Abkühlen auf die Härtetemperatur;

Fig. 2 eine schematische Blockansicht im Seitenriß eines Ofens 10 zur kontinuierli chen Vakuumaufkohlung, bei dem eine erfindungsgemäße Vakuumaufkoh lungs-Diffusionskammer 12 verwendet wird, wobei der Ofen des weiteren ei ne Heizkammer, eine Kammer zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und eine Kühlkammer zum Abschrecken aufweist;

Fig. 3 eine schematische Blockansicht im Seitenriß eines Ofens zur kontinuierli chen Vakuumaufkohlung aus dem Stand der Technik, wie er auf Seite 84kk, Fig. 5 von "ADVANCED METALS & PROCESSES", veröffentlicht im Juni 1998, offenbart.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Vakuumaufkohlung niedriglegierter Stahlteile und den erfindungsgemä ßen Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung verkörpert, beschrieben.

BEISPIEL 1

In Fig. 1 ist ein experimenteller Vakuumaufkohlungsofen 1 für den Batch-Betrieb ge zeigt, der eine Kammer 2, die als eine Heizkammer dient, eine Vakuumaufkohlungs kammer, eine Diffusionskammer und eine Kammer zum Abkühlen auf die Härtetempe ratur aufweist. Ein Vakuumaufkohlungsofen 1 und eine Beladungskammer 8, die Kam mer 2 und eine benachbarte Kühlkammer 5 zum Abschrecken sowie ein Aufnahmetisch 7 sind jeweils durch eine Vielzahl von Vakuum abgedichteten Türen abgedichtet und abgeschlossen. Ein internes Transportsystem ähnlich einem Hubbalken, nicht gezeigt, bewegt ein Tablett oder einen Korb 3, der oder das mit Werkstückteilen 4 beladen ist, von links nach rechts, wie in der Fig. 1 zu erkennen ist. Die Kammer 2 des Vakuumauf kohlungsofens 1 des Batch-Typs weist folgende Innenmaße auf: 460 mm Brei te × 620 mm Länge × 550 mm Höhe. Der Korb 3 wiegt 175 kg und ist mit zwölf Rund stangen von jeweils 20 mm Durchmesser und 50 mm Länge beladen, die aus SCM 415 (aufgelistet in JIS G 4105) Stahlwerkstoff als Muster für niedriglegierte Stahlteile gefer tigt sind. Nachdem die Kammer 2 auf weniger als 0,05 kPa evakuiert und das Vakuum auf 950°C aufgeheizt wurde, wird der Korb 3 über die Beladungskammer 8 in die Kam mer 2 transportiert. Dann wird die Kammer 2 weiter vakuumbeheizt, um den Heizzu stand von 950°C wiederherzustellen. Sie wird einheitlich über 20 Minuten auf derselben Temperatur gehalten. Danach werden die Prozesse sowohl für die Vakuumaufkoh lungsbehandlung als auch der Diffusionsbehandlung so ausgeführt, daß die Prozesse sowohl der Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch der Diffusionsbehandlung in vier sich wiederholende Prozesse aufgeteilt wird. Zunächst wird die Kammer 2 unter Vaku um auf 3 kPa und der Heizzustand unter Vakuum auf 950°C gehalten. Die Aufkohlungs behandlung wird über 1,5 Minuten durchgeführt, indem Ethylengas als Aufkohlungsgas über eine nicht gezeigte Vorrichtung mit einer Durchströmrate von 30 l/min in die Kam mer 2 eingelassen wird. Danach folgt eine Diffusionsbehandlung über 15 Minuten, in dem die Gaszufuhr in die selbe Kammer 2 unter einem Vakuum unter 0,05 kPa gestoppt wird. Nachdem dieser Prozeß viermal wiederholt wurde, wird die Temperatur in der Kammer 2 auf 850°C gesenkt und diese gesenkte Temperatur über 30 Minuten gehal ten. Der Korb 3 wird in die benachbarte Kühlkammer 5 transportiert, um die zwölf Rund stangen 4 auf dem Korb 3 abzuschrecken, indem sie in Öl 6 getaucht werden. Nach dem Abschrecken werden die Stangen 4 auf dem Korb 3 auf den Aufnahmetisch 7 transportiert.

Dann werden die Stangen 4 herausgenommen und die Kohlenstoffkonzentration in den Oberflächen der Stangen 4 wird chemisch analysiert. Die Analyse der Kohlenstoffkon zentration hat gezeigt, daß die Oberflächenkonzentration der Stangen 4 im Bereich von 0,7 bis 0,78 liegt und die Einsatzhärtungstiefe des Abschnittes mit einer Kohlenstoffkon zentration von 0,3% bei 0,7 mm von den Oberflächen der beiden Seitenflächen als auch des mittleren Abschnittes liegt. Einheitliche und ausreichend aufgekohlte Einsatz härtungstiefen sind demnach erfolgreich herstellbar. Dies bedeutet, daß bei einer Ver wendung der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer, die erfindungsgemäß sowohl als Vakuumaufkohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, in einem Ofen für die kontinuierliche Vakuumaufkohlung niedriglegierter Stähle die gleiche einheitliche und ausreichende Kohlenstoffkonzentration und Einsatzhärtungstiefe erhalten werden kann, indem die niedriglegierten Stahlteile der Reihe nach in die Vakuumaufkohlungs- Diffusionskammer in einem getakteten Transportzyklus von 16,5 Minuten hinein- und hinaustransportiert werden, die Vakuumaufkohlung und die Diffusionsbehandlung unter 950°C viermal durchgeführt wird und die niedriglegierten Stahlteile in die benachbarte Kühlkammer zum Abschrecken transportiert werden.

BEISPIEL 2

Derselbe experimentelle Vakuumaufkohlungsofen 1 des Batch-Typs, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, mit der Kammer 2 wird auch beim Beispiel 2 verwendet. Der gleiche Korb 3, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, war mit neun Rundstangen 4 mit jeweils den gleichen Größen, wie im Beispiel 1 gezeigt, beladen. Nachdem die Kammer 2 und die benach barte Kühlkammer 5 auf unter 0,05 kPa evakuiert wurden, wurde der mit neun Stangen 4 beladene Korb 3 in die Kammer 2 transportiert, die unter Vakuum auf 1050°C aufge heizt ist. Danach wird die Kammer 2 unter Vakuum aufgeheizt, um den Heizzustand bei 1050°C wiederherzustellen und wird dann einheitlich über 5 Minuten auf derselben Temperatur beheizt. Danach werden die Prozesse sowohl für die Vakuumaufkohlungs behandlung als auch die Diffusionsbehandlung so ausgeführt, daß die Vakuumaufkoh lungsbehandlung und die Diffusionsbehandlung in vier sich wiederholende Prozesse aufgeteilt wird. So wird zunächst die Kammer 2 bei einem Vakuum bei 6 kPa und der vakuumbeheizte Zustand bei 1050°C gehalten. Die Aufkohlungs- oder Einsetzbehand lung wird über 1 Minute durchgeführt, indem ein Ethylengas als Aufkohlungsgas über eine nicht gezeigte Vorrichtung mit einer Einströmrate von 25 l/min in die Kammer 2 eingeleitet wird. Dann folgt eine Diffusionsbehandlung über 18,5 Minuten, bei der die Gaszufuhr in die Kammer 2 bei einem Vakuum unter 0,05 kPa gestoppt wird. Nachdem dieser Prozeß viermal wiederholt wurde, wird die Temperatur der Kammer 2 auf 850°C abgesenkt und die verringerte Temperatur über 30 Minuten beibehalten. Der Korb 3 wird zum Abschrecken in die benachbarte Kühlkammer 5 befördert.

Dann werden die Stangen 4 herausgenommen und die Kohlenstoffkonzentration in den Oberflächen der Stangen 4 wird chemisch analysiert. Die Analyse der Kohlenstoffkon zentration zeigte, daß die Konzentration in der Oberfläche der Stangen 4 im Bereich von 0,7 bis 0,75 liegt. Die Einsatzhärtungstiefe des Abschnittes mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,3% liegt bei 1,1 mm von den Oberflächen der beiden Seitenflächen als auch des Mittelabschnittes der behandelten zylindrischen Stangen 4. Somit wird auf erfolgreiche Weise eine einheitliche und ausreichende Einsatzhärtungstiefe erhalten. Dies bedeutet auch, daß die gleiche einheitliche und ausreichende Einsatzhärtungstiefe erhalten wer den kann, wenn eine Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer, die erfindungsgemäß so wohl als Vakuumaufkohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, bei einem Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung niedriglegierter Stahlteile verwendet wird. Dabei werden die niedriglegierten Stahlteile in die Vakuumaufkohlungs-Diffusionskam mer und aus dieser in einem getakteten Transportzyklus von 19,5 Minuten hinein- und hinaustransportiert, die Vakuumaufkohlungsbehandlung und die Diffusionsbehandlung wird bei 1050°C viermal wiederholt und die niedriglegierten Stahlteile werden in die be nachbarte Kühlkammer zum Abschrecken transportiert.

BEISPIEL 3

Fig. 2 zeigt eine Blockansicht eines Ofens 10 zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung niedriglegierter Stahlteile im Seitenriß, wobei eine erfindungsgemäße Vakuumaufkoh lungs-Diffusionskammer 12 verwendet wird. Der Ofen 10 weist des weiteren eine Bela dekammer 18, eine Heizkammer 11, eine Kammer 19 zum Abkühlen auf die Härtetem peratur, eine Kühlkammer 15 zum Abschrecken und einen Abnehmertisch 7 auf. Die Heizkammer 11, die Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer 12, die sowohl als Vaku umaufkohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, die Kammer 19 zum Ab kühlen auf die Härtetemperatur und die Kühlkammer 15 sind jeweils durch eine Vielzahl von vakuumdichten Türen abgedichtet und abgeschlossen. Ein internes Transportsys tem ähnlich einem Hubbalken, nicht gezeigt, bewegt einen Korb oder ein Tablett 13, das mit Teilen 14 beladen ist, von links nach rechts, wie anhand der Fig. 2 zu erkennen ist. Um die Erläuterung zu erleichtern wird die nach Auslegung maximal aufnehmbare An zahl von Tabletts 13 in der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer 12 auf zwei festge legt. In einem getakteten Transportzyklus von 19,5 Minuten wird gleichzeitig und einzeln ein Tablett 13 in die Beladekammer 18 und von der Kühlkammer 15 zum Aufnehmer tisch 7 transportiert. Folglich wird gleichzeitig ein Tablett 13 in die Vakuumaufkohlungs- Diffusionskammer 12 in einem getakteten Transportzyklus von 19,5 Minuten hinein transportiert und die Prozesse zur Vakuumaufkohlung und Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur von 1150°C über 19,5 Minuten werden dreimal wiederholt. Gleichzei tig wird ein Tablett 13 in die benachbarte Kammer 19 zur Abkühlung auf die Härtetem peratur transportiert und in der Kühlkammer 15 in einem getakteten Zyklus von 19,5 Minuten abgekühlt.

Synchron zur Prozeßzeit in der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer 12 wird die An zahl der Tabletts 13 in der Heizkammer 11, in der Kammer 19 zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und in der Kühlkammer 15 jeweils auf drei, zwei und eins gesetzt, so daß die auf einem Tablett 13 aufgeladenen Teile 14 während 3 × 19,5 Minuten in der Heizkammer 11 auf eine Temperatur bis 1150°C aufgeheizt werden, dann ihre Tempe ratur verringert und die verringerte Temperatur während 2 × 19,5 Minuten in der Kam mer 19 zum Abkühlen auf die Härtetemperatur gehalten wird und die Teile schließlich während 19,5 Minuten in der Kühlkammer 15 abgeschreckt werden. Auf diese Weise werden die mit den Teilen 14 beladenen Tabletts 13 nacheinander in die Beladungs kammer 18 hinein und aus der Kühlkammer 15 heraus zum Abnehmertisch 7 transpor tiert. Die auf diese Weise unter Vakuum aufgekohlten oder eingesetzten Teile 14 weisen die gleiche Qualität wie die gemäß Beispiel 2 bearbeiteten Teile auf.

Beim Beispiel 3 werden die Prozesse sowohl zur Vakuumaufkohlung als auch zur Diffu sionsbehandlung der Teile dreimal wiederholt. Sie können jedoch auch sechsmal oder neunmal während 1/2 × 19,5 Minuten oder 1/3 × 19,5 Minuten ausgeführt werden, um die gleiche Qualität wie beim Beispiel 2 zu erhalten.

Fig. 3 zeigt eine Blockansicht eines Ofens 20 zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung aus dem Stand der Technik im Seitenriß, wie er auf Seite 84kk, Fig. 5, von "ADVANCED METALS & PROCESSES", veröffentlicht im Juni 1998, dargestellt ist. Der Ofen 20 weist eine Beladungskammer 28 und eine Heizkammer 21 mit mehreren Stationen, eine Va kuumaufkohlungskammer 22, eine Diffusionskammer 23 mit mehreren Stationen, eine Kammer 24 zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und eine Kammer 25 zum Abschre cken unter Gas auf, die jeweils unabhängig voneinander sind und voneinander durch eine Vielzahl von vakuumdichten Türen abgedichtet und abgeschlossen sind. Ein inter nes Transportsystem ähnlich einem Hubbalken, nicht gezeigt, bewegt einen Korb oder ein Tablett 29, das mit nicht dargestellten Werkstücken beladen ist, von Station zu Sta tion, in der Fig. 2 von links nach rechts, in einem getakteten Transportzyklus, wobei so wohl die Vakuumaufkohlung als auch die Abschreckbehandlungen ausgeführt werden.

Wie oben erwähnt wurde, müssen bei der Vakuumaufkohlung und den Diffusionsbe handlungen unter Verwendung des Ofens 20 zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, die Prozeßzeiten der Vakuumaufkohlungsbehandlung (Tc) und die der Diffusionsbehandlung (Td) genau gesteuert werden. Des weiteren muß gleichzeitig jedes Zeitverhältnis (Tc/Td) ebenfalls geändert werden, um einer Änderung der Temperatur der Vakuumaufkohlungsbehandlung (im folgenden als "Behandlungs temperatur" bezeichnet) zu entsprechen. Wenn beispielsweise die Behandlungstempe ratur von 930°C auf 1040°C geändert wird, muß das Zeitverhältnis (Tc/Td) sich groß von 1,5 auf 3,5 ändern. In dem in der Fig. 3 dargestellten Ofen 20 ist gezeigt, daß in der Heizkammer 21 drei Körbe oder Tabletts 29 und jeweils einer oder eines in den anderen Kammern aufnehmbar sind. Falls daher das Zeitverhältnis (Tc/Td) 1,5 beträgt, wird das Verfahren in den anderen Kammern während 4 Minuten, entsprechend (Tc/Td) = 0,5, angehalten. Die gesamte Prozeßzeit wird so um 1,5 verlängert. Falls das Zeitverhältnis (Tc/Td) 3,5 beträgt, wird die Prozeßzeit um 3,5 verlängert. Falls neun Körbe oder Tab letts 29 in der Heizkammer 21 und drei jeweils in den anderen Kammern aufnehmbar sind, werden die Tabletts 29 der Reihe nach einzeln in den Ofen 20 zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung transportiert. Falls das Zeitverhältnis (Tc/Td) 1,5 beträgt, wird in den anderen Kammern jede Prozeßzeit um 4 Minuten, entsprechend (Tc/Td) = 0,5, nicht aus reichen. Obwohl die vorbestimmte Anzahl der Stationen in der Lage sein kann, diese Unzulänglichkeit auszugleichen, ist eine große Raum- und Zeitverschwendung notwen dig, wenn sich das Zeitverhältnis (Tc/Td) um einen großen Betrag, beispielsweise von 1,5 auf 3,5, ändert.

Im Gegensatz dazu wird bei den Vakuumaufkohlungs- und Diffusionsbehandlungen mit dem in Fig. 2 gezeigten Ofen 10 zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung ein mit Werkstücken beladenes Tablett 13 nacheinander in die Beladungskammer 18 und gleichzeitig von der Kühlkammer 15 zum Abnehmertisch 7 in einem getakteten Trans portzyklus von 19,5 Minuten transportiert. Die auf diese Weise unter Vakuum einge setzten oder aufgekohlten Werkstücke haben dieselbe Qualität wie die in Beispiel 2 ver arbeiteten. Des weiteren ist in Abhängigkeit von der Prozeßzeit in der Vakuumaufkoh lungs-Diffusionskammer 12 die Anzahl der in der Heizkammer 11, der Kammer 19 zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und der Kühlkammer 15 aufnehmbare Anzahl der Tabletts jeweils flexibel wählbar. Somit ist ein verbessertes Verfahren zur Vakuumauf kohlung und ein verbesserter Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung niedrigle gierter Stahlteile bereitgestellt, die sowohl über einen weiten Bereich der Temperatur der Aufkohlungsbehandlung als auch über einen weiten Änderungsbereich der Einsatz härtungstiefe der zu behandelnden Werkstücke einstellbar sind.

Bezugszeichen

10

Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung

11

Heizkammer

12

Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer

13

Korb oder Tablett

15

Kühlkammer zum Abschrecken

19

Kammer zur Abkühlung auf die Härtetemperatur

Claims

1. Verfahren zum Einsetzen unter Vakuum für niedriglegierte Stahlteile unter Ver wendung eines Ofens (10) zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung mit zumindest einer Heizkammer (11), einer Vakuumaufkohlungskammer, einer Diffusionskam mer, einer Kammer (19) zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und einer Kühl kammer (15) zum Abschrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumauf kohlungskammer und die Diffusionskammer in eine Vakuumaufkohlungs- Diffusionskammer (12) integriert sind, die sowohl als Vakuumaufkohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, so daß sowohl eine Vakuumaufkohlungsbe handlung als auch eine Diffusionsbehandlung in der Vakuumaufkohlungs- Diffusionskammer ausgeführt werden.

2. Ofen (10) zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung niedriglegierter Stahlteile, wobei der Ofen zumindest eine Heizkammer (11), eine Vakuumaufkohlungskammer, ei ne Diffusionskammer, eine Kammer (19) zum Abkühlen auf die Härtetemperatur und eine Kühlkammer (15) zum Abschrecken aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumaufkohlungskammer und die Diffusionskammer in eine Vakuu maufkohlungs-Diffusionskammer (12) integriert sind, die sowohl als Vakuumauf kohlungskammer als auch als Diffusionskammer dient, so daß sowohl eine Vaku umaufkohlungsbehandlung als auch eine Diffusionsbehandlung in der Vakuu maufkohlungs-Diffusionskammer durchgeführt werden.

3. Vakuumaufkohlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Fällen, bei denen ein oder eine Vielzahl von Tabletts oder Tabletts mit Körben (13) (im folgenden als "TRAY" bezeichnet) der Reihe nach in die Vakuumaufkoh lungs-Diffusionskammer (12) hinein und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs aus dieser heraustransportiert werden oder eines oder eine Vielzahl von TRAYs der Reihe nach aus der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer heraus und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs in diese hineintransportiert werden, zunächst ein Prozeß sowohl zur Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch zur Diffusionsbehandlung so ausgeführt wird, daß eine Prozeßzeit, die sowohl die Va kuumaufkohlungsbehandlung als auch die Diffusionsbehandlung umfaßt, in eine Teilzeit (wobei die Bruchteile gerundet werden) geteilt wird, die durch Multiplikati on einer Ganzzahl mit einer Batch-Rate erhalten wird, die wiederum durch Division der nach Konstruktion maximal aufnehmbaren Anzahl von TRAYs in der Vakuu maufkohlungs-Diffusionskammer (einschließlich der korrigierten aufnehmbaren Anzahl derselben) durch die Anzahl der gleichzeitig darin hinein- und daraus her austransportierter TRAYs erhalten wird, und daß dann wiederholte Prozesse über die Teilzeit sowohl der Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch der Diffusionsbe handlung so oft ausgeführt werden, wie Teilzeiten vorliegen, so daß sowohl die gewünschte Kohlenstoffkonzentration als auch die Einsatzhärtungstiefen der O berflächen der behandelten Teile durch die wiederholten Prozesse erhalten wer den, und des weiteren ein Zeitfehler einer jeden wiederholten Prozeßzeit der Va kuumaufkohlungsbehandlung und/oder der Diffusionsbehandlung so gesteuert wird, daß er unter 5% liegt, wodurch hohe Produktivitäten der Vakuumaufkoh lungsbehandlungen auf flexible Weise gewährleistet sind, um Änderungen in den Behandlungsbedingungen wie Behandlungstemperaturen, Kohlenstoffkonzentrati on und Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der behandelten Teile zu entspre chen.

4. Ofen zur kontinuierlichen Vakuumaufkohlung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß in Fällen, bei denen ein oder eine Vielzahl von Tabletts oder Tab letts mit Körben (13) (im folgenden als "TRAY" bezeichnet) der Reihe nach in die Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer (12) hinein und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs aus dieser heraus transportiert wird oder eines oder eine Viel zahl von TRAYs der Reihe nach aus der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer heraus und gleichzeitig die gleiche Anzahl von TRAYs in diese hinein transportiert wird, zunächst ein Prozeß sowohl zur Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch zur Diffusionsbehandlung so ausgeführt wird, daß eine Prozeßzeit einschließlich der Zeit sowohl für die Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch für die Diffusi onsbehandlung in eine Teilzelt (wobei die Bruchteile gerundet werden) geteilt wird, die erhalten wird, indem eine Ganzzahl mit einer Batch-Rate multipliziert wird, die wiederum durch Division der nach Auslegung maximal aufnehmbaren Anzahl von TRAYs in der Vakuumaufkohlungs-Diffusionskammer (einschließlich der korri gierten aufnehmbaren Zahl derselben) durch eine Anzahl der gleichzeitig darin hinein- und daraus heraustransportierenden TRAYs geteilt wird, und daß dann wiederholte Prozesse über die Teilzelt sowohl zur Vakuumaufkohlungsbehandlung als auch zur Diffusionsbehandlung so oft ausgeführt werden, wie Teilzeiten vorlie gen, so daß sowohl die gewünschte Kunststoffkonzentration als auch die ge wünschten Einsatzhärtungstiefen der Oberflächen der behandelten Teile durch die wiederholten Prozesse erhalten werden und des weiteren ein Zeitfehler einer je den wiederholten Prozeßzeit zur Vakuumaufkohlungsbehandlung und/oder Diffu sionsbehandlung so gesteuert ist, daß er unter 5% liegt, wodurch hohe Produkti vitäten bei der Vakuumaufkohlungsbehandlung auf flexible Weise gewährleistet sind und an Änderungen der Behandlungszustände wie der Behandlungstempe raturen, der Kohlenstoffkonzentration und der Einsatzhärtungstiefen der Oberflä chen der behandelten Teile angepaßt werden können.