DE19920297A1

DE19920297A1 - Process for the heat treatment of metallic workpieces

Info

Publication number: DE19920297A1
Application number: DE1999120297
Authority: DE
Inventors: Ernst Wandke; Paul Heilmann
Original assignee: Linde Technische Gase GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 1999-05-03
Publication date: 2000-11-09
Also published as: EP1050592A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebahandlung metallischer Werkstücke durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird als Kühlgas CO, CO¶2¶, O¶2¶, H¶2¶S, H¶2¶O-Dampf, H¶3¶N, NO¶3¶, Methanol, ein gesättigter und/oder ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet. DOLLAR A Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dem Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasserstoff zugesetzt werden. Hierbei wird der für die thermochemische Behandlung erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugsweise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt.The invention relates to a method for heat treatment of metallic workpieces by heating the workpieces and subsequent quenching, the quenching being carried out with a cooling gas. DOLLAR A According to the invention, CO, CO¶2¶, O¶2¶, H¶2¶S, H¶2¶O steam, H¶3¶N, NO¶3¶, methanol, is a saturated and / or as cooling gas unsaturated hydrocarbon used. DOLLAR A According to an advantageous further development, nitrogen, helium, hydrogen or a mixture of helium and hydrogen can be added to the cooling gas. In this case, the reactive gas component required for the thermochemical treatment is added in a concentration of up to 50% by volume, preferably up to 15% by volume.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird.The invention relates to a method for the heat treatment of metallic workpieces by heating up the workpieces and then quenching, the Quenching is performed with a cooling gas.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke ist aus der DE-PS 37 36 501 bekannt. Bei diesem wird in dem Ofen, in dem die Wärme behandlung erfolgt, während des Abschreckens mit Helium, Wasserstoff oder einem Gemisch aus Helium und Wasserstoff als Kühlgas ein Kühlgasdruck p zwischen 1 und 4 MPa eingestellt. Zudem wird die Kühlgasgeschwindigkeit v so eingestellt, daß das Produkt aus Kühlgasdruck p und Kühlgasgeschwindigkeit v zwischen 10 und 250 MPa m/sec liegt.A generic method for the heat treatment of metallic workpieces is known from DE-PS 37 36 501. This is in the oven in which the heat treatment is done during quenching with helium, hydrogen or a Mixture of helium and hydrogen as cooling gas a cooling gas pressure p between 1 and 4 MPa set. In addition, the cooling gas velocity v is set so that the product of the cooling gas pressure p and the cooling gas speed v between 10 and 250 MPa m / sec.

Die der Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen, beispielsweise in einem Vakuumofen, nachgeschaltete Abschreckung kann entweder im Ofen selbst oder einer gasdichten Kammer durchgeführt werden.The heat treatment in a heat treatment furnace, for example in a vacuum furnace, downstream quenching can either be in the furnace itself or a gas-tight chamber.

Aus der EP-A 0 869 189 ist ein Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke nach einer Wärmebehandlung bekannt, bei dem ein Kühlgasdruck p im Ofen oder der Abschreckkammer von mehr als 4 MPa (40 bar), vorzugsweise von mehr als 4 MPa und bis zu 5,5 MPa, eingestellt wird. Als Kühlgas kommen auch bei diesem Verfahren die angeführten Gase bzw. Gasgemische sowie Stickstoff oder Stickstoff-enthaltende Gemische zum Einsatz.EP-A 0 869 189 describes a method for quenching metallic workpieces after a heat treatment, in which a cooling gas pressure p in the furnace or Quench chamber greater than 4 MPa (40 bar), preferably greater than 4 MPa and up to 5.5 MPa. This method also comes as cooling gas the gases or gas mixtures listed, and nitrogen or nitrogen-containing ones Mixtures for use.

Neben den erwähnten Abschreckverfahren sind seit längerem Abschreckprozesse bekannt, bei denen das Behandlungsgut in einem Salz- oder Ölbad abgeschreckt wird. Diese Prozesse sind jedoch insbesondere aus Umweltschutzgründen als nachteilig anzusehen.In addition to the mentioned quenching processes, there have been quenching processes for a long time known in which the material to be treated is quenched in a salt or oil bath becomes. However, these processes are particularly considered for environmental reasons to look at disadvantageously.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke anzugeben, das insbesondere hinsichtlich des Abschreck prozesses optimiert ist und mittels dessen die Qualität der wärmebehandelten metallischen Werkstücke erhöht werden kann.The object of the present invention is a method for heat treatment specify metallic workpieces, particularly with regard to quenching process is optimized and by means of which the quality of the heat-treated metallic workpieces can be increased.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß als Kühlgas CO, CO₂, O₂, H₂S, H₂O-Dampf, H₃N, NO₃, Methanol, ein gesättigter und/oder ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet wird.According to the method of the invention, this is achieved by using CO, CO ₂ , O ₂ , H ₂ S, H ₂ O vapor, H ₃ N, NO ₃ , methanol, a saturated and / or unsaturated hydrocarbon as the cooling gas.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit den genannten Gasen bzw. Gasgemischen der Abschreckprozeß positiv beeinflußt wird. Derartige Gase bzw. Gasgemische wirken im wesentlichen in zwei Richtungen. Zum einen wird die Abschreckwirkung nach einem ähnlichen Mechanismus, wie er von der Zugabe von Inertgasen bekannt ist, verbessert; zum anderen bewirken die genannten Gase bzw. Gasgemische eine Verstärkung bzw. Unterstützung der beabsichtigten chemischen Wirkung, die beispielsweise oxidierend, reduzierend, nitrierend, etc. sein kann. Des weiteren können schädigende Einflüsse auf während der Wärmebehandlung oder zuvor auf die abzuschreckenden Werkstücke aufgebrachte Schichten, Diffusions zonen, etc. verhindert, zumindest jedoch verringert werden.Surprisingly, it has been shown that with the gases or Gas mixtures the quenching process is positively influenced. Such gases or Gas mixtures act essentially in two directions. For one thing, the Quenching effect by a mechanism similar to that of adding Inert gases is known, improved; on the other hand, the gases or Gas mixtures reinforce or support the intended chemical Effect that can be, for example, oxidizing, reducing, nitriding, etc. Of further damaging influences can occur during the heat treatment or layers previously applied to the workpieces to be quenched, diffusion zones, etc. are prevented, but at least reduced.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß dem Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasser stoff zugesetzt wird.The method according to the invention is proposed that the Cooling gas nitrogen, helium, hydrogen or a mixture of helium and water substance is added.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren dann besonders vorteilhaft anwendbar ist, wenn der Abschreckprozeß bzw. die dafür erforderliche Vorrichtung in den sog. Gasbereich der Wärmebehandlungsanlage integriert werden kann. In diesen Fällen muß zu der Luft bzw. Umgebungsatmosphäre keine zusätzlich aufwendige Abschottung erfolgen.It has been shown that the method according to the invention is then particularly advantageous is applicable if the quenching process or the device required therefor in the so-called gas area of the heat treatment system can be integrated. In these Cases do not have to be additional complex to the air or ambient atmosphere Foreclosure is carried out.

Weiterhin läßt sich beispielsweise die an einen Aufkohlungsofen gekoppelte Kaltkam mer besonders vorteilhaft mit einem Gasgemisch, bestehend jeweils zur Hälfte aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, betreiben. Bei Verwendung dieses Gasgemisches wird nicht nur ein ausgezeichnetes Abschreckverhalten erzielt, es stellt sich auch während des Abschreckens selbst eine reduzierende Wirkung auf das abzuschrec kende Werkstück ein. Dies hat nicht nur Verbesserungen bzgl. der Reinheit sowie der Funktionalität der Werkstückoberfläche zur Folge, sondern bietet zudem den Vorteil, daß das zur Abschreckung verwendete Gas bzw. Gasgemisch ohne Nachbehandlung unmittelbar als Kohlungsgas einem Ofen zugeführt werden kann.Furthermore, the cold comb coupled to a carburizing furnace can be used, for example mer particularly advantageous with a gas mixture consisting of half each Hydrogen and carbon monoxide. When using this gas mixture excellent quenching behavior is not only achieved, it also arises during quenching itself a reducing effect on the quenching workpiece. This has not only improvements in terms of purity and Functionality of the workpiece surface, but also offers the advantage that the gas or gas mixture used for quenching without aftertreatment can be fed directly to a furnace as carbonization gas.

Im Zusammenhang mit diesem Beispiel ist anzumerken, daß das erwähnte H₂/CO- Gasgemisch nicht nur im Hinblick auf den Abschreckprozeß, sondern auch im Hinblick auf den Aufkohlungsprozeß als vorteilhaft anzusehen ist, da diese Gasmischung eine optimale Atmosphäre zum Aufkohlen von Einsatzstählen darstellt.In connection with this example, it should be noted that the H ₂ / CO gas mixture mentioned is to be regarded as advantageous not only with regard to the quenching process but also with regard to the carburizing process, since this gas mixture represents an optimal atmosphere for carburizing case-hardening steels.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der für die thermochemische Behandlung erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugs weise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt wird.The method according to the invention for the heat treatment of metallic workpieces further education is proposed that for thermochemical treatment required reactive gas component in a concentration up to 50 vol .-%, preferably up to 15 vol .-%, is added.

Abhängig von den jeweiligen Kombinationen aus reaktivem Gas und Kühlgas- (gemisch) können oftmals bereits durch die Zugabe geringer Mengen an reaktivem Gas - gemeint sind hier Mengen im Bereich von Bruchteilen von Prozenten bis zu wenigen Prozenten - die geschilderten Vorteile erreicht werden.Depending on the respective combinations of reactive gas and cooling gas (mixture) can often be achieved by adding small amounts of reactive Gas - here we mean quantities ranging from fractions of percent to a few percent - the described advantages can be achieved.

Beispielsweise wird durch die Zugabe von 0,5 bis 5 Vol.-% Kohlenmonoxid zu einem Kohlendioxid/Helium-Kühlgasgemisch eine reduzierende Wirkung und durch die Zugabe von 10 Vol.-% Kohlendioxid zu Stickstoff oder von 4 Vol.-% Sauerstoff zu Wasserstoff eine oxidierende Wirkung erzielt.For example, by adding 0.5 to 5% by volume of carbon monoxide to one Carbon dioxide / helium cooling gas mixture has a reducing effect and through that Add 10 vol.% Carbon dioxide to nitrogen or 4 vol.% Oxygen to Hydrogen has an oxidizing effect.

Es ist zudem denkbar, daß die gewünschte Wirkung der Zugabe von reaktivem Gas erst während des Abschreckprozesses zum Tragen kommt. Dies wird z. B. durch die Zugabe von 5 Vol.-% Methan erreicht. Das Methan zersetzt sich bei Härtetempera turen von ca. 1100°C beim Auftreffen auf die Oberfläche des abzuschreckenden Werkstückes zu Kohlenstoff und Wasserstoffatomen und entfaltet erst dann seine reduzierende Wirkung.It is also conceivable that the desired effect of the addition of reactive gas only comes into play during the quenching process. This is e.g. B. by the Addition of 5 vol .-% methane reached. The methane decomposes at hardness tempera temperatures of approx. 1100 ° C when hitting the surface of the quenched Workpiece to carbon and hydrogen atoms and only then unfolds its reducing effect.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung metallischer Werk stücke kann der Abschreckprozeß optimiert und die Qualität der wärmebehandelten metallischen Werkstücke verbessert werden. Hierbei wird der erforderliche anlagen technische Aufwand gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Verfahren nicht wesentlich vergrößert.By means of the inventive method for heat treatment of a metallic plant pieces, the quenching process can be optimized and the quality of the heat-treated metallic workpieces can be improved. Here the necessary equipment technical effort compared to the prior art processes not significantly enlarged.

Claims

1. A method for the heat treatment of metallic workpieces by heating the workpieces and subsequent quenching, the quenching being carried out with a cooling gas, characterized in that CO, CO ₂ , O ₂ , H ₂ S, H ₂ O steam, H _{3 are used} as the cooling gas N, NO ₃ , methanol, a saturated and / or unsaturated hydrocarbon is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling gas Nitrogen, helium, hydrogen or a mixture of helium and hydrogen is added.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for the thermochemical treatment required reactive gas component in one Concentration up to 50 vol .-%, preferably up to 15 vol .-%, is added.