DE1041067B - Verfahren zum Aufkohlen, Nitrieren oder Karbonitrieren von Stahlteilen - Google Patents

Description

Beim Aufkohlen, Nitrieren oder !Carbonitrieren von Stahlteilen in Glühöfen mit Hilfe von Gasen oder Gasgemischen eines entsprechenden Gehalts an Kohlenstoff, Stickstoff oder an beiden ist es zur Erzielung einer überall gleichmäßigen Einsatzschicht am Behandlungsgut erforderlich, daß an der Oberfläche des Gutes ständiger lebhafter Austausch des Behandlungsgases erfolgt, da nicht nur infolge des Übergangs von Kohlenstoff- oder Stickstoffmolekülen aus dem Gas in die Stahloberfläche des Behandlungsgutes das Gas zunehmend weniger wirksam wird, sondern sogar au Stellen, an denen der Gehalt des Gases an Kohlendioxyd oder Wasserstoff überwiegt, ein Übergang von Kohlenstoff oder Stickstoff aus dem Stahl in die Gasatmosphäre erfolgen kann. Es ist deshalb üblich, die zu behandelnden Stahlteile und das Behandlungsgas lebhaft relativ gegeneinander zu bewegen, damit immer frisches, unverbrauchtes Gas mit den Teilen in Berührung kommt. Dies geschieht z. B. mit Hilfe von das Behandlungsgut aufnehmenden, um eine waagerechte Achse umlaufenden Trommeln, durch die das Gasgemisch etwa parallel zur Trommelachse in gleichbleibender oder wechselnder Richtung hindurchgeleitet wird. Diese Einrichtungen eignen sich jedoch nur zur Behandlung kleiner Teile und auch. nur verhältnismäßig geringer Mengen solcher Teile. Sie lassen auch nur einen chargenweisen Betrieb zu. Für die Behandlung größerer Teile oder größerer Mengen von Behandlungsgut, die große Glühräume erfordern, wirbelt oder wälzt man das mit hoher Geschwindigkeit in den Glühraum eingeleitete Gasgemisch zusätzlich um. Die schnelle Gasströmung erfordert einen hohen Gasdurchsatz mit entsprechend hohem Gasverbrauch, und Gasumwälzeinrichtungen machen es erforderlich, daß während jedes Umlaufs das Gas abgezogen, gekühlt, umgepumpt und nach erneutem Erwärmen wieder in den Glühraum eingeführt wird. Dieser Kreislauf hat neben dem Nachteil erheblichen materiellen Aufwandes und großer Wärmeverluste häufig noch durch den Temperaturwechsel bewirkte Kohlenstoffausscheidungen in Form von Ruß und damit chemische Veränderungen der Gaszusammensetzung zur Folge- Dabei gelingt es trotz lebhaftester Gasbewegung nicht, innerhalb von Hohlräumen an den Stahlteilen, z. B. in Bohrungen, Sacklöchern oder in den oft engen Zwischenräumen zwischen geschichtet oder in Sammelbehältern in den Glühraum eingebrachten Stahlteilen eine gleich tiefe Einsatzschicht zu erzielen wie an den unmittelbar dem Behandlungsgas ausgesetzten Oberflächenteilen des Einsatzgutes.

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zum Aufkohlen, Nitrieren oder Karbom'trieren von Stahlteilen mit Hilfe von Gasen und der Durchführung eines solchen Verfahrens dienende Einrichtungen, mit Verfahren zum Aufkohlen, Nitrieren
oder Karbonitrieren von Stahlteilen

Anmelder:

Elino Industrie-Ofenbau

Carl Hanf & Co.,

Düren (RhId.)

deren Hilfe es auf sehr einfache und dadurch wohlfeile Weise gelingt, Stahlteile beliebiger Größe, Form und Menge so mit Hilfe von in üblicher Weise zusammengesetzten Gasen zu behandeln, daß sich an ihnen eine überall gleichmäßig tiefe und gleichmäßig härtbare Oberflächenschicht ergibt. Das Verfahren und die seiner Durchführung dienenden Einrichtungen sind zudem an Glühöfen beliebiger Art, also z. B. in Retortenöfen, Schacht- und Kammeröfen sowie in Durchlauföfen, anwendbar.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren besteht darin, daß der Druck des Behandlungsgases innerhalb des Glühraums in ständigem Wechsel erhöht und gesenkt wird. Die ständigen Druckschwankungen und die durch sie bewirkten Änderungen des Gasvolumens haben einen ständigen Austausch des mit der Oberfläche des Behandlungsgutes in Berührung kommenden Gases zur Folge, und zwar tritt dieser Gasaustausch auch innerhalb von Hohlräumen ein, die mit dem Glühraum des Ofens nur durch feine und feinste Kanäle verbunden sind. Dieser lebhafte Gasaustausch erfolgt z. B. sogar innerhalb der feinen Poren von Sintermetallkörpern. Bei Druckanstieg ergibt sich eine verstärkte Füllung aller Hohlräume mit Behandlungsgas, während bei Druckabfall das inzwisehen an Kohlenstoff oder Stickstoff ärmer gewordene Gas aus diesen Räumen größtenteils abfließt, um Platz für neues, unverbrauchtes Gas beim nächsten Druckanstieg zu machen.

Wenn man — wie weiter mit der Erfindung vorgeschlagen wird — vor Einlaß des Behandlungsgases den Druck innerhalb des Glühraumes unter Atmosphärendruck senkt, dann wird das in den Glühraum einströmende Gas um so williger auch in Hohlräume und Poren eindringen.

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Mit Hilfe des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens ist es möglich, von jeder Durchwirbelung und Umwälzung des Behandlungsgases abzusehen und dieses mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit durch den Glühraum strömen zu lassen. Die Erfindung ermöglicht es sogar; von jeder, zusätzlichen Bewegung des Gases abzusehen, vorausgesetzt, daß der Gehalt des den Glühraum ausfüllenden Gases an aktiven Stoffen ausreicht, um die notwendigen Mengen dieser Stoffe an das Behandlungsgut abzugeben.

Die Durchführung des der Erfindung entsprechenden Verfahrens ist auf verschiedene Weise möglich. So kann man z, B. einen durch äußenliegenden Antrieb hin- und herbeweglichen Kolben unmittelbar in den Glühraum ragen lassen. Dieser Kolben läßt sich auch im Ofenunterbau derart anordnen und ausbilden, daß seine Oberseite zugleich die Herdsohle bildet. Auch kann der Glühraum durch eine oder mehrere Öffnungen oder Leitungen mit einem außerhalb des Ofens gelegenen Raum in Verbindung stehen, in dem der Gasdruck mit Hilfe bekannter Mittel in ständigem Wechsel zum Steigen und Fallen gebracht wird. Dieser außerhalb des Ofens gelegene Raum kann beispielsweise die Form eines Zylinders besitzen, in dem ein Kolben hin- und herbeweglich ist. Um unnötigen Wärmeverlust zu vermeiden, empfiehlt es sich, den außerhalb des Ofens gelegenen Raum mit dem Glühraum durch eine innerhalb des Glühraumes selbst oder in der Ofenwandung liegende Rohrleitung zu verbinden, deren Fassungsvermögen der zwischen den beiden Räumen ausgetauschten Gasmenge entspricht.

Die Druckschwankungen des im Glühraum anstehenden Gases können auch dadurch bewirkt werden, daß der Glühraum mit einer unter Überdruck stehenden Leitung zum Einführen des Behandlungsgases und mit einer unter Atmosphärendruck oder Unterdruck stehenden Leitung zum Abführen des Ofengases über je ein Ventil in Verbindung steht, die abwechselnd im entgegengesetzten Sinne geöffnet und geschlossen werden. Dabei ist es ohne weiteres möglich, das Ein- und das Auslaßventil in Abhängigkeit von dem im Glühraum herrschenden Druck unmittelbar zu steuern. Als Steuermittel für die Ventile ist ebenso ein entsprechend ausgestatteter Druckanzeiger verwendbar, der in seinen den gewünschten Druckschwankungen entsprechenden Endstellungen mit elektrischen Kontakten versehen ist, von denen aus je nach dem Stande des Druckanzeigers über elektromagnetische Steuerglieder die Ventile geöffnet bzw. geschlossen werden. Die Druckschwankungen können schließlich auch mit Hilfe eines einzigen steuerbaren Ventils bewirkt werden, sofern dafür Sorge getragen ist, daß das andere Ventil während des Ofenbetriebes ständig auf einen bestimmten mittleren Durchlaß eingestellt ist. öffnet man beispielsweise das Einlaßventil für die unter höherem Druck stehenden Gase über den Querschnitt des auf einen mittleren Durchlaß eingestellten Auslaßventils, so wird der Druck im Glühraum steigen, während, wenn man das Einlaßventil unter diesen Querschnitt schließt, der Überdruck im Ofenraum durch das Auslaßventil ausgeglichen wird. Läßt man dagegen das Gas ständig mit Überdruck in den Glühraum einströmen, während man das Auslaßventil ständig abwechselnd schließt und öffnet, so werden sich ebenfalls im Glühraum die gewünschten Druckschwankungen ergeben, wenn der Durchlaß des geöffneten Auslaßventils groß genug ist, um auch bei ständig unter Druck einströmendem Gas einen Druckanstieg im Glühraum zu verhindern.

In der Zeichnung sind einge Ausführungsbeispiele für zur Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens geeignete Vorrichtungen schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Ofen mit indirekt durch elektrische Widerstände 1 erwärmtem Glühraum 2, der durch ein in den Glühraum hineinragendes Rohr 3 mit ■ einem außerhalb des Ofens gelegenen Raum 4 in Verbindung steht. Außerhalb des Raumes 4 ist ein Kolben 5 auf und ab beweglich. Das Behandlungsgas wird über den Raum 4 und die Rohrleitung 3 in den Glühraum 2 geführt und strömt durch das Auslaßventil 7 wieder ab.

Fig. 2 zeigt einen Ofen 8, dessen Glühraum 9 gleichfalls durch Widerstandsdrähte 10 elektrisch indirekt beheizt wird. Durch ein Ventil 11 strömt das Gas in den Glühraum 9 ein, während es durch das Ventil 12 aus dem Ofen abströmt. Die beiden Ventile 11, 12 sind durch Elektromagneten 13, 14 gesteuert, und zwar erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von dem im Glühraum herrschenden Druck über einen Druckanzeiger

so 15, dessen Zeiger 16 sich zwischen Endkontakten 17 und 18 bewegt. Liegt der Zeiger dem Kontakt 17 an, was dem geringsten Druck im Ofenraum entspricht, so wird das Ventil 11 durch den Magneten 13 geöffnet, während das Ventil 12 geschlossen ist. Ist der Druck so weit gestiegen, daß der Zeiger den Endkontakt 18 berührt, was dem höchsten im Glühraum gewünschten Gasdruck entspricht, so wird über den Magneten 14 das Auslaßventil 12 geöffnet und das Ventil 11 geschlossen. Die gleiche Vorrichtung ist bei entsprechender Verlegung der Leitungen und Einstellung der Steuerorgane auch geeignet, nur eines der Ventile 11 oder 12 zu öffnen und zu schließen, während das andere während des Ofenbetriebes auf einen bestimmten mittleren Durchlaß eingestellt ist.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufkohlen, Nitrieren oder Karbonitrieren von Stahlteilen mit Hilfe von Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß der im Behandlungsraum herrschende Gasdruck in ständigem Wechsel erhöht und gesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einlaß des Gases der Druck im Behandlungsraum unter Atmosphärendruck gesenkt wird.

3. Glühofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen durch außerhalb des Ofens liegenden Antrieb hin- und herbeweglichen, in den Glühraum ragenden gasdicht geführten Kolben.

4. Glühofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen im Ofenunterbau auf und ab beweglichen, mit seiner Oberseite zugleich die Herdsohle bildenden Kolben.

5. Glühofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen mit wenigstens einem außerhalb des Ofens gelegenen Raum, in dem der Gasdruck in ständigem Wechsel steigt und fällt, in Verbindung stehenden Glüihraum.

6. Glühofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein Kolben hin- und herbeweglich ist, in Verbindung stehenden Glühraum.

7. Glühofen nach den Ansprüchen 3 und 6, gekennzeichnet durch einen außerhalb des Ofens gelegenen, mit dem Glühraum durch eine innerhalb des Glühraums oder der Ofenwandung liegende

Rohrleitung verbundenen Raum, wobei das Fassungsvermögen der Rohrleitung der zwischen den beiden Räumen ausgetauschten Gasmenge entspricht.

8. Glühofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen mit einer unter Überdruck stehenden Leitung zum Einführen des Behandlungsgases und mit einer unter Atmosphärendruck oder Unterdruck stehenden Leitung zum Abführen des Ofengases über je ein Einlaß- bzw. Auslaßventil in Verbindung stehenden Glühraum, wobei die Ventile wechselnd im entgegengesetzten Sinne geöffnet und geschlossen werden.

9. Glühofen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch in Abhängigkeit von dem im Glühraum herrschenden Druck gesteuerte Einlaß- und Auslaßventile.

10. Glühofen nach den Ansprüchen 7 und 8, gekennzeichnet durch in Abhängigkeit vom Stande eines mit dem Glühraum verbundenen Druckanzeigers gesteuerte Ventile.

11. Glühofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen mit einer unter Überdruck stehenden Leitung zum Einführen des Behandlungsgases und mit einer unter Atmosphären- oder Unterdruck stehenden Leitung zum Abführen der Ofengase über je ein Ventil in Verbindung stehenden Glühraum, wobei eines dieser Ventile in ständigem Wechsel geöffnet und geschlossen wird, während das andere Ventil ständig geöffnet bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 915 090;
britische Patentschrift Nr. 527 081.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©309 658/280 10.58