DE10221605A1 - Method and device for the heat treatment of metallic workpieces - Google Patents

Method and device for the heat treatment of metallic workpieces

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Wärmebehandlung von metallischem Werkstück unter hohen Temperaturen in einem Glühofen, bei dem das metallische Werkstück der Einwirkung eines kohlenstoffhaltigen Gases oder Gasgemisches ausgesetzt wird, wobei das durchschnittliche Kohlenstoffpotential der Atmosphäre in dem Glühofen stets unterhalb oder an der Rußgrenze liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoffhaltige Gas oder Gasgemisch Acetylen enthält, wobei dem Gas oder Gasgemisch die kohlenstoffhaltige Komponente bevorzugt pulsierend zugegeben wird.The invention relates to a method and a device for carrying out the method for the heat treatment of a metallic workpiece at high temperatures in an annealing furnace, in which the metallic workpiece is exposed to the action of a carbon-containing gas or gas mixture, the average carbon potential of the atmosphere in the annealing furnace always being below or lies at the soot limit, characterized in that the carbon-containing gas or gas mixture contains acetylene, the carbon-containing component preferably being added to the gas or gas mixture in a pulsating manner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Werkstück unter hohen Temperaturen in einem Glühofen, bei dem das metallische Werkstück der Einwirkung eines kohlenstoffhaltigen Gases oder Gasgemisches ausgesetzt wird, wobei das durchschnittliche Kohlenstoffpotential der Atmosphäre in dem Glühofen stets unterhalb oder an der Rußgrenze liegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Glühofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The invention relates to a method for the heat treatment of metallic Workpiece under high temperatures in an annealing furnace in which the metallic Workpiece exposed to a carbon-containing gas or gas mixture is exposed, the average carbon potential of the atmosphere in the annealing furnace is always below or at the soot limit. Furthermore concerns the Invention an annealing furnace for performing the method according to the invention.

Wärmebehandlungsverfahren, inbesondere Aufkohl- und Härtungsprozesse von metallischem Werkstück, laufen im Regelfall unter hohen Temperaturen - vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1100°C ab. Aber auch andere Wärmebehandlungsprozesse mit Temperaturen über 500°C werden in CO- und H2- beinhaltenden Atmosphären durchgeführt. Dabei wird üblicherweise auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Kohlendioxid das erforderliche Behandlungsgas gebildet. Heat treatment processes, in particular carburizing and hardening processes of metallic workpieces, usually run at high temperatures - preferably in the range from 800 to 1100 ° C. However, other heat treatment processes with temperatures above 500 ° C are also carried out in atmospheres containing CO and H 2 . The required treatment gas is usually formed on the basis of the catalytic conversion of hydrocarbons with carbon dioxide.

Es ist bekannt, CO- und H2-haltige Schutz- oder Reaktionsgase aus Luft und einem Kohlenwasserstoffgas(gemisch) - beispielsweise Erdgas oder Propan - mittels katalytischer Umsetzung der reaktiven Bestandteile - also Sauerstoff und beispielsweise Methan - zu bilden. Die typische Bildungsreaktion, die eine unvollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffgas(gemisch)es darstellt, lautet hierbei wie folgt:

(O2 + 4N2) oder (Luft) + 2CH4 → 2CO + 4H2 + 4N2
It is known to form CO and H 2 -containing protective or reaction gases from air and a hydrocarbon gas (mixture) - for example natural gas or propane - by means of catalytic conversion of the reactive constituents - that is to say oxygen and for example methane. The typical formation reaction, which is an incomplete combustion of the hydrocarbon gas (mixture), is as follows:

(O 2 + 4N 2 ) or (air) + 2CH 4 → 2CO + 4H 2 + 4N 2

Diese Reaktion wird üblicherweise mit einem neben dem oder den Wärmebehandlungsöfen angeordneten oder direkt an das Glühofengehäuse montierten, im Kernstück aus einem Katalysator bestehenden Gasgenerator bewerkstelligt. Das im Gasgenerator gebildete sog. Endogas wird im Regelfall - ggf. noch nach einem Abkühlschritt - ohne weitere Behandlung der zugehörigen Wärmebehandlungsanlage zugeführt. This reaction is usually carried out with one next to the or Heat treatment furnaces arranged or mounted directly on the annealing furnace housing in the Centerpiece made of a catalyst gas generator accomplished. That in Gas generator formed so-called. Endogas is usually - if necessary after a Cooling step - without further treatment of the associated heat treatment system fed.

Ferner ist es bekannt, CO- und H2-haltige Behandlungs- oder Reaktionsgase aus Kohlendioxid und wiederum einem Kohlenwasserstoffgas(gemisch) zu bilden. Typische Bildungsreaktionen für die Atmosphärenbereitstellung auf CO2-Basis lauten beispielsweise:

2CO2 + 2CH4 → 4CO + 4H2

3CO2 + C3H8 → 6CO + 4H2
It is also known to form CO and H 2 -containing treatment or reaction gases from carbon dioxide and in turn a hydrocarbon gas (mixture). Typical formation reactions for the provision of atmosphere on a CO 2 basis are, for example:

2CO 2 + 2CH 4 → 4CO + 4H 2

3CO 2 + C 3 H 8 → 6CO + 4H 2

Diese Reaktionen ergeben Atmosphären, die verglichen mit dem vorgenannten Endogas deutlich erhöhte Anteile an Kohlenmonoxid und zudem keinen Stickstoffgehalt aufweisen. Insbesondere für Aufkohlungsprozesse bietet dies Vorteile, nämlich eine hohe Kohlenstoffübergangszahl. These reactions result in atmospheres compared to the aforementioned Endogas significantly increased levels of carbon monoxide and also none Have nitrogen content. This offers advantages in particular for carburizing processes, namely a high carbon transition number.

Unter den bekannten Aufkohlungsverfahren sind hier die Verfahren von besonderem Interesse, die in Glühöfen mit geschlossener Bauweise durchgeführt werden. Die wesentliche Problematik der bekannten Aufkohlungsverfahren besteht darin, die Übertragung des Kohlenstoffs von dder Gasatmosphäre auf das Werkstück, z. B. den Stahl, geregelt durchzuführen, um reproduzierbare Aufkohlungsergebnisse an Werkstücken verschiedenen Grundkohlenstoffgehaltes, verschiedener Legierungen und verschiedener Gestalt zu erzielen. Among the known carburizing processes, the processes are of particular interest here Interest that are carried out in closed-type annealing furnaces. The The main problem of the known carburizing process is that Transfer of carbon from the gas atmosphere to the workpiece, e.g. B. the Steel, regulated to perform reproducible carburizing results Workpieces of different basic carbon content, different alloys and to achieve different shapes.

Aus der Druckschrift GB-A-527 081 ist ein Verfahren zum Aufkohlen bekannt, bei dem außerhalb eines Glühofens ein Gasgemisch vorbereitet, auf einen Druck über Umgebungsdruck verdichtet und nachfolgend in den Glühofeninnenraum entspannt wird. From GB-A-527 081 a method for carburizing is known in which prepared a gas mixture outside of an annealing furnace, at a pressure above Ambient pressure compressed and then relaxed in the interior of the annealing furnace becomes.

Aus der europäischen Patentschrift 0 080 124 ist ein Verfahren zum Einsatzhärten metallische Werkstücke bekannt, wobei die Werkstücke der Einwirkung eines kohlenstoffhaltigen Gasgemisches ausgesetzt werden, dem eine oder mehrere kohlenstoffhaltige Gaskomponente(n) während dessen Einwirkung auf die Werkstücke pulsierend zugegeben wird (werden). A process for case hardening is known from European patent specification 0 080 124 known metallic workpieces, the workpieces being exposed to a carbon-containing gas mixture are exposed to the one or more carbon-containing gas component (s) during its action on the workpieces is pulsatingly added.

Gemäß der europäischen Patentschrift 0 049 530 ist es bekannt, zur Ausbildung einer Aufkohlungsgasatmosphäre ein Gasgemisch aus den drei Komponenten Stickstoff Kohlenwasserstoff und einem Sauerstoffspender in den Glühofenraum einzuführen (vgl. DE-A-24 50 879 und DE-A-28 18 558). Als Kohlenwasserstoffe werden genannt: Paraffin oder paraffinische Kohlenwasserstoffe, Methan, Äthan, Propan, Butan oder Erdgas. Als Sauerstoffspender dienen dabei Sauerstoff, Luft, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf oder Mischungen davon. Die Gaskomponenten werden getrennt oder in Mischungen dem Glühofen zugeführt. Die Messung und Regelung der Gasatmosphäre erfolgt über eine Taupunkt-, Infrarot-(CO2)- oder Sauerstoffmessung. According to European Patent 0 049 530, it is known to introduce a gas mixture of the three components nitrogen, hydrocarbon and an oxygen dispenser into the annealing furnace space to form a carburizing gas atmosphere (cf. DE-A-24 50 879 and DE-A-28 18 558). The following are mentioned as hydrocarbons: paraffin or paraffinic hydrocarbons, methane, ethane, propane, butane or natural gas. Oxygen, air, carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor or mixtures thereof serve as oxygen donors. The gas components are fed to the annealing furnace separately or in mixtures. The measurement and control of the gas atmosphere takes place via a dew point, infrared (CO 2 ) or oxygen measurement.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass der oben genannte Zusammenhang zwischen Kohlendioxidgehalt, Sauerstoffgehalt und Taupunkt einerseits und Kohlenstoffpotential andererseits nicht ohne weiteres zur Kontrolle herangezogen werden kann, da in den Glühofen eingeleitete Gase sich nicht im Reaktionsgleichgewicht befinden. However, it has been shown that the above connection between Carbon dioxide content, oxygen content and dew point on the one hand and carbon potential on the other hand, can not be used for control purposes, since in the Gases introduced into the annealing furnace are not in reaction equilibrium.

In diesem Zusammenhang ist es bekannt, einer Gasatmosphäre Methan als kohlenstoffhaltiges Gas zuzugeben. Bei diesem Verfahren wird der Aufkohlungsprozess in zwei oder drei Intervalle geteilt, in welchen das Kohlungsmittel in den Glühofen geleitet wird. Die Intervalle sind zeitlich durch zwei oder drei Phasen getrennt, in denen ein Kohlungsmittel in de Glühofen geleitet wird. Während der Kohlungsintervalle steigt das Kohlenstoffpotential im Glühofen stark an und es kommt zu Rußbildung. In der nachfolgenden Phase, in der kein Kohlungsmittel sondern Luft in den Glühofen geleitet wird, sinkt das Kohlenstoffpotential wieder auf Null. Bei dieser Verfahrensweise sind jedoch Randoxidationen nicht zu vermeiden, wodurch die Gleichmäßigkeit der Aufkohlung eines Werkstücks nicht gewährleistet ist. In this connection it is known to be a methane gas atmosphere to add carbon-containing gas. With this procedure the Carburizing process divided into two or three intervals at which the carburizing agent is passed into the annealing furnace. The intervals are divided into two or three phases separated, in which a carbonizing agent is fed into the annealing furnace. During the Carbonization intervals increases the carbon potential in the annealing furnace and it comes to soot formation. In the subsequent phase, in which no carbonizing agent but air in is passed to the annealing furnace, the carbon potential drops back to zero. At this In terms of procedure, however, edge oxidations cannot be avoided, which means that Uniform carburization of a workpiece is not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu überwinden, insbesondere Randoxidationen zu vermeiden und eine gleichmäßige Aufkohlung und Härtung von metallischem Werkstück zu erzielen, sowie das Wärmebehandlungsverfahren zur Aufkohlung und Härtung von metallischem Werkstück effizient zu gestalten. The invention is based on the object known in the prior art Overcoming problems, especially avoiding edge oxidation and one to achieve even carburization and hardening of metallic workpieces, as well the heat treatment process for carburizing and hardening metallic To design the workpiece efficiently.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig dadurch gelöst, dass das kohlenstoffhaltige Gas oder Gasgemisch Acetylen enthält. According to the invention, this object is achieved on the process side in that the contains carbon-containing gas or gas mixture acetylene.

Mit der Erfindung wurden Vorturteile überwunden, die gegen den Einsatz von Acetylen in diesem Bereich weit verbreitet sind. Überraschender Weise wurden eine Reihe von Vorteilen gefunden, die die aufwendigen Maßnahmen, die im Umgang mit Acetylen bekanntermaßen erforderlich sind, bei weitem überwiegen: Zum einen liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, dass der durchschnittliche Verbrauch an kohlenstoffhaltigem Gas durch die Verwendung von Acetylen bei gleichbleibender Einhärtetiefe sinkt. Weiterhin treten keine Randoxidationen auf und es wird eine gleichmäßig Aufkohlung über die gesamte Oberfläche des metallischen Werkstücks erzielt, besonders auch für unregelmäßig geformte metallische Werkstücke. The invention overcomes prejudices against the use of acetylene are widespread in this area. Surprisingly, a number of Found advantages that are the elaborate measures involved in handling acetylene are known to be necessary, far outweigh: On the one hand, one particular advantage of the invention in that the average consumption of carbonaceous gas through the use of acetylene while maintaining the same Depth of hardening decreases. Furthermore, there are no edge oxidations and it becomes one carburizing evenly over the entire surface of the metal workpiece achieved, especially for irregularly shaped metallic workpieces.

Die Vorbehalte gegen Acetylen beruhten jedoch nicht nur auf seiner schwierigen Handhabung, sonder auch auf der Tatsache, das üblicherweise gesättigte Kohlenwasserstoffe als kohlenstoffhaltige Komponente zur Wärmebehandlung eingesetzt werden. Acetylen (chemische Summenformel C2H2) weist im Unterschied zu gesättigten Kohlenwasserstoffen, die durch Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen und den Wasserstoffatomen gekennzeichnet sind, eine Dreifachbindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen auf. Daher ist bekannt, dass Acetylen weitaus reaktionsreudiger ist als gesättigte Kohlenwasserstoffe und sich entsprechend in einer Gasatmosphäre in Gegenwart von Reaktionspartnern anders verhält, was sich überraschenderweise in einer Verbesserung der Ergebnisse einer Aufkohlung und Härtung eines metallischen Werkstücks äußert. However, reservations about acetylene were based not only on its difficult handling, but also on the fact that usually saturated hydrocarbons are used as the carbon-containing component for heat treatment. In contrast to saturated hydrocarbons, which are characterized by single bonds between the carbon atoms and the hydrogen atoms, acetylene (chemical formula C 2 H 2 ) has a triple bond between the two carbon atoms. It is therefore known that acetylene is far more reactive than saturated hydrocarbons and accordingly behaves differently in a gas atmosphere in the presence of reactants, which surprisingly manifests itself in an improvement in the results of carburizing and hardening a metallic workpiece.

Besonders bevorzugt wird dem Gas oder Gasgemisch eine kohlenstoffhaltige Komponente pulsierend zugegeben. Bevorzugt erfolgt die pulsierende Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente unter Konstanthaltung der anderen Komponenten im Glühofen. Dabei wird das durchschnittliche Kohlenstoffpotential der Glühofenatmosphäre stets über der Rußgrenze des thermodynamischen Gleichgewichts gehalten. A carbon-containing mixture is particularly preferred for the gas or gas mixture Component pulsed added. The pulsating addition of preferably takes place carbon-containing component while keeping the other components constant Annealing furnace. The average carbon potential of the Annealing furnace atmosphere always above the soot limit of the thermodynamic Maintained equilibrium.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält das Gas oder Gasgemisch im wesentlichen Acetylen, insbesondere enthält die kohlenstoffhaltige Komponente im wesentlichen Acetylen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch den Einsatz von Acetylen ein besonders großes Kohlenstoffpotentialgefälle zwischen der Oberfläche des Werkstücks, das der Wärmebehandlung zum Zwecke einer Aufkohlung und Härtung unterzogen wird, und dem Kern des Werkstücks selbst als zusätzliche treibende Diffusionskraft mit Beginn der Aufkohlung in den Vordergrund tritt. Bevorzugt wird dieses Potentialgefälle durch die pulsierende Zugabe von Acetylen erreicht. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the gas contains or gas mixture essentially acetylene, in particular contains carbonaceous component essentially acetylene. The invention is based on the Realization that through the use of acetylene a particularly large one Carbon potential gradient between the surface of the workpiece that the Is subjected to heat treatment for carburizing and hardening, and the core of the workpiece itself as an additional driving diffusion force at the beginning carburization comes to the fore. This potential gradient is preferred by the pulsating addition of acetylene is achieved.

Zweckmäßigerweise enthält das Gas oder Gasgemisch Stickstoff, um im Glühofen eine inerte Grundgasatmosphäre zu gewährleisten. Dadurch werden unerwünschte Reaktionen der Gasatmosphäre mit dem metallischem Werkstück verhindert. The gas or gas mixture expediently contains nitrogen in order to produce a to ensure an inert basic gas atmosphere. This will make undesirable Reactions of the gas atmosphere with the metallic workpiece are prevented.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Stickstoffgehalt des Gases oder Gasgemisches für die Dauer jeder einzelnen Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente erhöht. Dabei ist die Dauer einer pulsierenden Zugabe gegenüber einem Zeitraum zwischen zwei Zugaben bevorzugt kurz. Die Erhöhung des Stickstoffgehalts des Gases oder Gasgemisches für die Dauer jeder einzelnen Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente bewirkt u. a. dass die Konzentration der Kohlenwasserstoffradikale unterhalb der Rußgrenze bleibt, so dass Reaktionen der Kohlenwassrstoffe untereinander weitgehend vermieden werden, die zur Rußbildung beitragen würden. Dadurch steht vorteilhaft der gesamte Gehalt an Kohlenwasserstoffen für die Aufkohlung zur Verfügung. According to a preferred development of the invention, the nitrogen content of the Gases or gas mixture for the duration of each addition of the carbon-containing component increased. Here is the duration of a pulsating encore short compared to a period between two additions. The increase in Nitrogen content of the gas or gas mixture for the duration of each individual addition the carbonaceous component causes u. a. that the concentration of Hydrocarbon radicals remain below the soot limit, causing reactions of the Hydrocarbons among themselves are largely avoided, which lead to soot formation would contribute. As a result, the entire content is advantageous Hydrocarbons available for carburization.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die inerte Grundgasatmosphäre durch Einsatz eines Edelgases, insbesondere durch Einsatz von Argon, gebildet. Es hat sich herausgestellt, dass z. B. Argon den Stickstoff in den oben beschriebenen positiven Eigenschaften bei weitem übertrifft. Allerdings muss der Anwender zwischen den technischen Vorteilen und dem im Vergleich zu Stickstoff deutlich höheren Preis von Edelgasen abwägen. According to another advantageous development of the invention, the inert Base gas atmosphere through the use of an inert gas, in particular through the use of Argon, formed. It has been found that e.g. B. Argon the nitrogen in the above described positive properties far exceeds. However, the Users between the technical advantages and that compared to nitrogen Weigh the significantly higher price of noble gases.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente nach mehreren Zyklen unterbrochen und erst nach Anlauf einer Pause, die um einen Faktor 10 bis 100 länger ist als die Dauer eines Zykluses, wieder aufgenommen, wobei sich ein Zyklus jeweils aus einer Phase der pulsartigen Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente und einer darauf folgenden Phase ohne Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente zusammensetzt. Diese Vorgehensweise hat sich als besonders wirtschaftlich erwiesen. According to a particularly advantageous embodiment, the addition of carbon-containing component interrupted after several cycles and only after Start of a break that is 10 to 100 times longer than the duration of a break Cycle, resumed, with one cycle each consisting of a phase of pulse-like addition of the carbon-containing component and a subsequent one Phase composed without the addition of the carbonaceous component. This The procedure has proven to be particularly economical.

Vorteilhaft werden die Pausen mit zunehmender Dauer des Wärmebehandlungsvorgangs verlängert. Ebenso ist es zweckmäßig, die Dauer der Zyklen während der Wärmebehandlung konstant zu halten. The breaks become advantageous with increasing duration of the Heat treatment process extended. It is also useful to determine the duration of the cycles during the Keep heat treatment constant.

Mit besonderem Vorteil wird die auf das metallische Werkstück einwirkende Gasatmosphäre ausschließlich aus einem Inertgas und einem kohlenstoffhaltigen Gas gebildet, insbesondere aus Stickstoff und Acetylen. Bei dieser Ausführungsform addieren sich die bereits beschriebenen Vorteile der Verwendung von Stickstoff und Acetylen, wodurch ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Verfügung gestellt wird. The one acting on the metallic workpiece is particularly advantageous Gas atmosphere consisting exclusively of an inert gas and a carbon-containing gas formed, especially from nitrogen and acetylene. In this embodiment add up the benefits of using nitrogen and Acetylene, which provides a particularly advantageous process.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass alle zur Durchleitung der kohlenstoffhaltigen Gaskomponente(n) für die Durchleitung von Acetylen geeignet ausgebildet sind. On the device side, the task is solved in that all of them are passed through the carbon-containing gas component (s) suitable for the passage of acetylene are trained.

Die Erfindung sowie weitere Eizelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt die The invention and further details of the invention are described below of an embodiment shown in the drawing. in this connection show the

Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Figure is a schematic representation of a device for performing the inventive method

Ein Glühofen 1 ist über eine Leitung 2 mit einer Regeleinheit bestehend aus einem Rußsensor 3, einem Gasanalysator 4 und einem Regler 5 verbunden. Die Gaskomponenten Stickstoff, Kohlendioxid und Acetylen, die direkt aus Vorratsflaschen stammen, werden über die Ventile 7, 8 und 9 und eine Zuführung 6 in den Glühofen 1 geleitet, der mit einer Ausströmleitung 10 für die Abgase verbunden ist. Zum Einfahren und Aufheizen einer Charge an metallischen Werkstücken im Glühofenraum ist ein Ventil 7, das die Stickstoffzufuhr regelt, geöffnet, während ein Ventil 8 für die Zufuhr von Kohlendioxid und ein Ventil 9 für die Zufuhr von Acetylen geschlossen ist. An annealing furnace 1 is connected via a line 2 to a control unit consisting of a soot sensor 3 , a gas analyzer 4 and a controller 5 . The gas components nitrogen, carbon dioxide and acetylene, which come directly from storage bottles, are passed via valves 7 , 8 and 9 and a feed 6 into the annealing furnace 1 , which is connected to an outflow line 10 for the exhaust gases. To drive in and heat up a batch of metallic workpieces in the annealing furnace space, a valve 7 , which regulates the nitrogen supply, is open, while a valve 8 for the supply of carbon dioxide and a valve 9 for the supply of acetylene are closed.

Ist im Glühofen 1 eine Temperatur im Bereich von 800°C bis 1000°C erreicht, so beginnt das Aufkohlen der Charge. Die Temperatur wird dabei je nach Legierung der Werkstücke und gewünschter Einhärtetiefe aus dem angegebenen Bereich gewählt. Zum Beginn des Aufkohlens sind die Ventile 7 und 8 geöffnet und kurzzeitig, beispielsweise 20 Sekunden lang, wird auch Ventil 9 geöffnet. Das in den Glühofenraum geleitete Gasgemischbesteht demgemäß aus inertem Stickstoff, Kohlendioxid und Acetylen. When the temperature in the annealing furnace 1 in the range from 800 ° C to 1000 ° C is reached, the carburization of the batch begins. The temperature is selected from the specified range depending on the alloy of the workpieces and the desired hardening depth. At the beginning of carburization, valves 7 and 8 are open and valve 9 is also opened for a short time, for example 20 seconds. The gas mixture led into the annealing furnace space accordingly consists of inert nitrogen, carbon dioxide and acetylene.

Das Acetylen ist zerfällt bei der herrschende Temperatur sofort in sehr reaktionsfreudige Radikale, die rasch eine Sättigung der Werkstückoberfläche mit Kohlenstoff bewirken. Wegen des daraus resultierenden erheblichen Kohlenstoffpotentialgefälles zwischen Werkstückoberfläche und Kern tritt diese Potentialgefälle selbst als zusätzliche treibende Diffusionskraft von Beginn der Kohlung an stark in den Vordergrund. At the prevailing temperature, the acetylene breaks down very quickly reactive radicals that quickly saturate the workpiece surface with Cause carbon. Because of the resulting significant Carbon potential gradient occurs between the workpiece surface and the core Potential gradient itself as an additional driving diffusion force from the beginning of the coaling in the foreground.

Ein Teil des Gasgemisches wird über Leitung 2 abgezogen und dem Rußsensor 3 und dem Gasanalysator 4 zugeführt. Als Gasanalysator wird beispielsweise ein Infrarotanalysator eingesetzt. In dem Regler 5 werden die Ausgangswerte dieser beiden Meßgeräte mit vorgegebenen Sollwerten verglichen und bei Überschreiten dieser Sollwerte das Ventil 9 über ein Relais 11 geschlossen, also die Zufuhr von Acetylen unterbrochen. Part of the gas mixture is drawn off via line 2 and fed to the soot sensor 3 and the gas analyzer 4 . For example, an infrared analyzer is used as the gas analyzer. In the controller 5 , the output values of these two measuring devices are compared with predetermined target values and, when these target values are exceeded, the valve 9 is closed via a relay 11 , ie the supply of acetylene is interrupted.

Während der nun anschließenden Diffusionsphase, die beispielsweise 60 Sekunden beträgt, wird die Sättigung der Werkstückoberfläche kontinuierlich abgebaut, indem der Kohlenstoff weiter in Richtung Kern des Werkstücks diffundiert. Bei Erreichen von vorgegeben Werten für die Zusammensetzung der Glühofenatmosphäre öffnet der Regler 5 über das Relais 11 das Ventil 9 wieder und ein neuer Zyklus beginnt. During the subsequent diffusion phase, which is for example 60 seconds, the saturation of the workpiece surface is continuously reduced by the carbon diffusing further towards the core of the workpiece. When predetermined values for the composition of the annealing furnace atmosphere are reached, the controller 5 opens the valve 9 again via the relay 11 and a new cycle begins.

Nach einer vorgegebenen Aufkohlungszeit bzw. nach Erreichen einer gewünschten Einhärtetiefe werden die Ventile 8 und 9 geschlossen und die Charge wird auf Härtetemperatur abgesenkt. After a predetermined carburizing time or after reaching a desired hardening depth, the valves 8 and 9 are closed and the batch is lowered to the hardening temperature.

Claims (12)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Werkstück unter hohen Temperaturen in einem Glühofen (1), bei dem das metallische Werkstück der Einwirkung eines kohlenstoffhaltigen Gases oder Gasgemisches ausgesetzt wird, wobei das durchschnittliche Kohlenstoffpotential der Atmosphäre in dem Glühofen (1) stets unterhalb oder an der Rußgrenze liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoffhaltige Gas oder Gasgemisch Acetylen enthält. 1. A method for the heat treatment of a metallic workpiece at high temperatures in an annealing furnace ( 1 ), in which the metallic workpiece is exposed to the action of a carbon-containing gas or gas mixture, the average carbon potential of the atmosphere in the annealing furnace ( 1 ) always below or at the Soot limit is characterized in that the carbon-containing gas or gas mixture contains acetylene. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gas oder Gasgemisch eine kohlenstoffhaltige Komponente pulsierend zugegeben wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the gas or Gas mixture is a pulsating carbon-containing component is added. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch im wesentlichen Acetylen enthält, insbesondere dass die kohlenstoffhaltige Komponente im wesentlichen Acetylen enthält. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas or Gas mixture essentially contains acetylene, in particular that the carbon-containing component essentially contains acetylene. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch Stickstoff enthält. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Contains gas or gas mixture nitrogen. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffgehalt des Gases oder Gasgemisches für die Dauer jeder einzelnen Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente erhöht wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the nitrogen content of the gas or gas mixture for the duration of each addition of the carbon-containing component is increased. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer einer pulsierenden Zugabe gegenüber einem Zeitraum zwischen zwei Zugaben kurz ist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the Duration of a pulsating addition over a period between two Encores is short. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch Edelgas, insbesondere Argon, enthält. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the Gas or gas mixture contains noble gas, in particular argon. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente nach mehreren Zyklen unterbrochen und erst nach Anlauf einer Pause, die um einen Faktor 10 bis 100 länger ist als die Dauer eines Zykluses, wieder aufgenommen wird, wobei sich ein Zyklus jeweils aus einer Phase der pulsartigen Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente und einer darauf folgenden Phase ohne Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponente zusammensetzt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the Addition of the carbon-containing component interrupted after several cycles and only after starting a break that is a factor of 10 to 100 longer than that Duration of a cycle, is resumed, with one cycle each from a phase of the pulse-like addition of the carbon-containing component and a subsequent phase without adding the carbon-containing component composed. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pausen mit zunehmender Dauer des Wärmebehandlungsvorgangs verlängert werden. 9. The method according to claim 8, characterized in that the breaks with increasing duration of the heat treatment process. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Zyklen während der Wärmebehandlung konstant gehalten werden. 10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the duration of the Cycles are kept constant during the heat treatment. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das metallische Werkstück einwirkende Gasatmosphäre ausschließlich aus einem Inertgas und einem kohlenstoffhaltigen, insbesondere aus Stickstoff und Acetylen, gebildet wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the gas atmosphere acting on the metallic workpiece exclusively an inert gas and a carbon-containing one, in particular nitrogen and Acetylene is formed. 12. Glühofen (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit Einrichtungen zur Zuführung und Ableitung von Gasen in bzw. aus dem Glühofeninnenraum, einem Gasanalysator (4), einer Regeleinrichtung (5), die mit einem Rußsensor (3) und/oder dem Gasanalysator (4) über eine Steuerleitung in Verbindung steht und ein Ventil (9) für die Zugabe der kohlenstoffhaltigen Gaskomponente(n) ansteuert, das die Zufuhr von (einer) kohlenstoffhaltigen Gaskomponente(n) zur Zuführung (6) öffnet oder schließt, die im unteren Bereich das Glühofens (1) in unmittelbarer Nähe zu den metallischen Werkstücken im Glühofen (1) in den Glühofeninnenraum mündet, dadurch gekennzeichnet, dass alle zur Durchleitung der kohlenstoffhaltigen Gaskomponente(n) für die Durchleitung von Acetylen geeignet ausgebildet sind. 12. annealing furnace ( 1 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 10 with devices for supplying and discharging gases into or out of the interior of the annealing furnace, a gas analyzer ( 4 ), a control device ( 5 ) with a soot sensor ( 3 ) and / or the gas analyzer ( 4 ) is connected via a control line and controls a valve ( 9 ) for the addition of the carbon-containing gas component (s), which opens the supply of (a) carbon-containing gas component (s) to the supply ( 6 ) or closes, which opens in the lower area of the annealing furnace ( 1 ) in the immediate vicinity of the metallic workpieces in the annealing furnace ( 1 ) into the interior of the annealing furnace, characterized in that all are designed to pass through the carbon-containing gas component (s) for the passage of acetylene ,
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