DE2338242A1 - Electrolytic surface boriding - in direct A.C. heated electrolyte - Google Patents
Electrolytic surface boriding - in direct A.C. heated electrolyteInfo
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Abstract
Description
P-P-
Pr.^-tanwältoPr. ^ - tanwälto
'üiLLLä·:."H-Iu. LUYKEN'üiLLLä ·:. "H-Iu. LUYKEN
8U00 München 22
Zweibrückonstr. 6 8U00 Munich 22
Zweibrückonstr. 6th
naucno-issledovatel'skiJnaucno-issledovatel'skiJ
proektno-konstruktorskiö Institut P 4-8 4-87/2proektno-Konstruktorskiö Institut P 4-8 4-87 / 2
elektrotermiceskogo oborudovanija 27. Juli 1973elektrotermiceskogo oborudovanija July 27, 1973
Moskau/UdSSR L/HDMoscow / USSR L / HD
VOEBICHTÜNG FÜR DAS ELEKTBOLYTBOEIEREIi VON WERKSTÜCKENAPPLICATION FOR THE ELECTBOLYT BOY OF WORKPIECES
Die vorliegende Erfindung betrifft Ausrüstungen, die für die chemisch-thermische Behandlung, und insbesondere für das Borieren, von Werkstücken verwendet werden.The present invention relates to equipment that can be used for the chemical-thermal treatment, and in particular for boronizing, of workpieces.
Bekannt Sind ' Vorrichtun@;*Efür das Elektrolytborieren mit äuBerer Erwärmung der Schmelze. Are known 'Vorrichtun @ * E represents the Elektrolytborieren with äuBerer heating of the melt.
Sie Stelen einen elektrothermischen Tiegelofen dar, der aus einem geschweißten .metallischen Gehäuse, ausgekleidet mit feuerfestem Stoff, besteht.They represent an electrothermal crucible furnace that consists of a welded metallic housing, lined with fire-resistant material.
Der metallische Tiegel aus Chromnickelstahl ist im Ofen angeordnet. In ihm befindet sich die Schmelze des borhaltigen Mediums.The metallic crucible made of chrome-nickel steel is arranged in the furnace. In it is the melt of the boron-containing Medium.
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Zwischen der Schmelze des borhaltigen Mediums und der elektrischen Einrichtung, offenen Widerstands-Heizkörpern, die als Wärmequelle dienen, befindet sich die metallische Tiegelwand.Between the melt of the boron-containing medium and the electrical equipment, open resistance heating elements, which serve as a heat source, is the metallic one Crucible wall.
Zur Durchführung der Elektrolyse sind innerhalb des Tiegels in der Schmelze Anoden angeordnet, die an den positiven Pol der Gleichstromquelle angeschlossen sind.To carry out the electrolysis, anodes are arranged in the melt inside the crucible, which are connected to the positive Pole of the DC power source are connected.
Der negativer Pol dieser Quelle wird an das zu behandelnde Werkstück angeschlossen, das in die Schmelze eingetaucht wird.The negative pole of this source is attached to that to be treated Connected workpiece, which is immersed in the melt.
In der bekannten Vorrichtung beträgt die durchschnittliche Lebensdauer des Tiegels etwa 2000 Stunden, was ein wesentlicher Nachteil ist, da beim Ausfall des Tiegels die Widerstands-Heizkörper und die Auskleidung zerstört werden, was die Notwendigkeit einer vollständigen Instandsetzung der ganzen Vorrichtung herbeiführt.In the known device, the average life of the crucible is about 2000 hours, which is a The main disadvantage is that if the crucible fails, the resistance heating elements and the lining are destroyed, which leads to the need for a complete overhaul of the entire device.
Die vorliegende Erfindung bezweckt den erwähnten Nachteil zu vermeiden.The present invention aims to avoid the disadvantage mentioned.
Der Erfindung 1αά~ die Aufgabe zugrunde; ' . eine Vorrichtung mit solch einer Einrichtung für die elektrische Erwärmung der Schmelze zu entwickeln, die die Lebensdauer der ganzen Vorrichtung* für das Elektrolytborieren verlängert- The invention 1αά ~ the object; '. one Developing a device with such a device for the electrical heating of the melt, which extends the service life of the entire device * for electrolyte boring extended-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Vorrichtung für das Elektrolytborieren von Werkstücken vorgeschlagen,To solve the problem, a device for the electrolyte boring of workpieces is proposed,
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die aus einem Tiegel mit der Schmelze des borhaltigen Mediums besteht, mit darin angeordneten Anoden und Werkstücken, die entsprechend an den position und negativen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen sind. Beim Durchlassen des Stroms durch das zu behandelnde Werkstück und der Erwärmung der Schmelze des Mediums erfolgt die Bildung einer borierten Diffusionsschicht. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung für das elektrische Erwärmen der Schmelze des borhaltigen Mediums innerhalb des Tiegels unmittelbar in der Schmelze angeordnet und hat Elektroden, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind; dabei sind die Elektroden in solch einem Ab-. stand von den Anoden und den zu behandelnden Werkstücken angeordnet, daß die Dichte des Gleichstroms an der Oberfläche der letzteren größer ist, als die Dichte des Wechselstroms. In der erfindungs^emäßen Vorrichtung wird der Abstand zwischen den Anoden, Elektroden und den zu behandelnden Werkstücken nach folgenden Formeln, berechnet:which consists of a crucible with the melt of the boron-containing medium, with anodes and workpieces arranged in it, which are connected accordingly to the position and negative pole of the DC power source. When letting the current pass the workpiece to be treated and the heating of the melt of the medium result in the formation of a borated one Diffusion layer. According to the invention, the device is for the electrical heating of the melt of the boron-containing medium within the crucible is arranged directly in the melt and has electrodes connected to an AC power source; the electrodes are in such an ab-. stood by the anodes and the workpieces to be treated arranged that the density of the direct current on the surface the latter is greater than the density of the alternating current. In the device according to the invention, the distance is between the anodes, electrodes and the workpieces to be treated according to the following formulas, calculated:
Wechselstr.Alternating current
arctgarctg
fTi-)2-fTi-) 2 -
Gleichstr.Direct current
Rwechseistr. R altern.
2Jl h2Jl h
hierisbedeuten:here means:
*iderstand, in kette, (Ohm);* ider stood, in chain, (Ohm);
Wechselstrom-ElektrodenAC electrodes
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RGleichstr. « Widerstand in der Elektrolysekette, (Ohm); ^ spezifischer elektrischer Widerstand des borhaltigen Mediums (Ohms, cm); R direct current «Resistance in the electrolysis chain, (Ohm); ^ specific electrical resistance of the medium containing boron (ohms, cm);
H - Arbeitslänge der Wechselstromelektroden,H - working length of the alternating current electrodes,
d - Durchmesser (Seite des Quadrats) derd - diameter (side of the square) of the
Wechselstromelektroden, (in );AC electrodes, (in);
1 - Abstand zwischen den Wechselstromelektroden,1 - distance between the alternating current electrodes,
h - Länge des zu behandelnden Werkstücks, (m);h - length of the workpiece to be treated, (m);
X * - Laufende Koordinate, die die Lage desX * - current coordinate showing the position of the
Werkstücks im Arbeitsraum der VorrichtungWorkpiece in the working area of the device
berücksichtigt;considered;
Γη, - Radius der Gleichstromanode (m); ?2 - Innerer Radius der Kathode (Kassette mitΓη, - radius of the direct current anode (m); ? 2 - Inner radius of the cathode (cassette with
den zu behandelnden Werkstücken) (m);the workpieces to be treated) (m);
Der größte Vorzug der vorliegenden Erfindung ist die mehr als fünffache Verlängerung der durchschnittlichen Lebensdauer des Tiegels im Zusammenhang mit der Anordnung der Einrichtung für das Elektr ο erwärmen unmittelbar in der Schmelze des borhaltigen Mediums, was zu einer Herabsetzung der Temperatur an den Tiegelwänden und zur Steigerung der lebensdauer des Tiegels führt.The greatest benefit of the present invention is that it is more as a five-fold increase in the average life of the crucible associated with the arrangement of the facility for the electr ο heat directly in the melt of the boron-containing Medium, which leads to a reduction in the temperature of the crucible walls and an increase in the service life of the Crucible leads.
Die Bestimmung des Abstandes zwischen den Anoden, Elektroden und den zu behandelnden Werkstücken nach den oben er-Determining the distance between the anodes, electrodes and the workpieces to be treated according to the above
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wähnten Formeln gewährleistet solche Bedingungen für jedes behandelnde Werkstück, bei denen die Gleichstromdichte an seiner Oberfläche größer ist als die Wechselstromdichte.The aforementioned formulas ensure such conditions for each workpiece to be treated, at which the direct current density increases its surface area is greater than the alternating current density.
Die Entwicklung und Anwendung der vorliegenden Vorrichtung gestattet den spezifischen Aufwand an Strom wie auch die Kosten des Elektrolytborierens herabzusetzen, was einen bedeutenden üKonomischen Nutzeffekt ergibt.The development and application of the present device allows the specific consumption of electricity such as also reduce the cost of electrolyte borating, what results in a significant economic efficiency.
Zur Veranschaulichung des Wesens der Erfindung wird nachstehend die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung wie auch eine Zeichnung gebracht, auf der die Ansicht der Vorrichtung für das Elektrolytborieren dargestellt ist.To illustrate the essence of the invention, the description of an embodiment of FIG Device brought as well as a drawing on which the view of the device for the electrolyte borating is shown is.
Die Vorrichtung enthält einen aus Chrom-Mckel-Stahl gegossenen Tiegel 1. Innerhalb des mit einer Schmelze des borhaltigen Mediums ausgefüllten Tiegels wird eine elektrische Einrichtung, ausgeführt in Form zweier Elektroden 2 aus Nichrom, angeordnet. Die Elektroden 2 sind an eine Wechselstromquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Im borhaltlgen Medium sind in einer speziellen Kassette 2 die zu behandelnden Werkstücke 4 angeordnet, die als Katode dienen und an den negativen Pol der Gleichstromquelle (nicht gezeigt) angeschlossen sind. An den positiven Pol der gleichen Quelle sind die in die Schmelze eingetauchten Graphitanoden 5 angeschlossen.The device contains one made of chrome Mckel steel Cast crucible 1. Inside the crucible, which is filled with a melt of the boron-containing medium, an electrical Device, designed in the form of two electrodes 2 made of nichrome, arranged. The electrodes 2 are connected to an alternating current source (not shown) connected. In the boron-containing medium, the to be treated are in a special cassette 2 Workpieces 4 arranged, which serve as a cathode and are connected to the negative pole of the direct current source (not shown) are connected. The graphite anodes immersed in the melt are connected to the positive pole of the same source 5 connected.
Der Tiegel 1 ist in dem ausgekleideten Gehäuse 6 aufgestellt. Die Teuperatur der Schmelze wird mit Hilfe desThe crucible 1 is set up in the lined housing 6. The temperature of the melt is controlled with the help of the
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Thermoelements 7 gemessen.Thermocouple 7 measured.
Die Anlage arbeitet folgenderweise:The system works as follows:
Nach der Zubereitung der Schmelze des borhaltigen Mediums werden die Elektroden 2, angeschlossen an die wechselstromquelle und bestimmt für das Erwärmen der Schmelze, eingeschaltet. Die Temperatur der Schmelze wird mit Hilfe des Chroxael-Alumel-'eiements 7 gemessen, das in einer Schutzhülle aus Nirosta angeordnet ist.After the melt of the boron-containing medium has been prepared, the electrodes 2 are connected to the alternating current source and intended for the heating of the melt, switched on. The temperature of the melt is using of the Chroxael-Alumel-'eiements 7 measured, which is in a protective cover made of stainless steel.
Die Einführung und Jintfernung der Werkstücke 4 in der Kassette 3 ist mechanisiert. Die werkstücke werden in die Schmelze bei einer Temperatur der Schmelze gleich 95O0C getaucht .The introduction and removal of the workpieces 4 in the cassette 3 is mechanized. The workpieces are immersed in the melt at a temperature of the melt equal to 95O 0 C.
Weiterhin wird zur Bewerkstelligung des Elektrolyse-Prozesses die Gleichstromquelle eingeschaltet und die gewünschte Stromdichte an der Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke 4 eingestellt, was zur Elektrolyse der Schmelze des borhaltigen Mediums führt, wobei die Zerlegung der Schmelze unter Bildung von Borionen und das Ausfällen derselben an der Oberfläche der behandelten Werkstücke 4 erfolgt·Furthermore, the direct current source is switched on to accomplish the electrolysis process and the desired one Current density set on the surface of the workpieces 4 to be treated, which leads to the electrolysis of the melt of the boron-containing medium, the decomposition of the melt with the formation of boron ions and the precipitation of the same takes place on the surface of the treated workpieces 4
Bei der Anwendung des Elektrodenverfahrens zur Erwärmung der Schmelze des borhaltigen Mediums befinden sich die zu behandelnden Werkstücke 4 unter Einwirkung des Gleichstroms der Elektrolyse und des sinusförmigen Wechselstroms der Elektroden 2. In Anbetracht dessen, daß der Prozeß der elektrochemischen Dissoziation der Schmelze des borhaltigen Mediums und die Zuführung der Borionen zur Oberfläche desWhen the electrode method is used to heat the melt of the boron-containing medium, the to be treated workpieces 4 under the action of the direct current of the electrolysis and the sinusoidal alternating current of the Electrodes 2. Considering that the process of electrochemical dissociation of the melt of the boron-containing Medium and the supply of boron ions to the surface of the
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zu behandelnden Werkstücks 4 nur in der Katodenhalbperiode erfolgt, führt das Vorhandensein einer AnodEnkomponente des Wechselstroms eine Verlangsamung der elektrochemischen Reaktionen herbei und unter bestimmten Bedingungen kann<fes zur Folge haben» daß die Reaktionen in umgekehrter Richtung verlaufen. workpiece 4 to be treated only in the cathode half-cycle occurs, the presence of an anode component of the alternating current slows down the electrochemical reactions and under certain conditions <fes zur The result is that the reactions run in the opposite direction.
In denjenigen Fällen, wo die Amplitudendichte des Wechselstroms geringer ist als die Gleichstromdichte, fließt über die Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke ein Summenstrom, der keine Anodenkomponente hat und den kontinuierlichen Verlauf der elektrochemischen !Reaktionen mit Ausscheidung der erforderlichen Elektrolyseprodukte gewährleistet. In those cases where the amplitude density of the alternating current is less than the direct current density, it flows over the surface of the workpieces to be treated, a cumulative current that has no anode component and that is continuous The course of the electrochemical! Reactions with the elimination of the required electrolysis products is guaranteed.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sichern die Anordnung der Werkstücke, der Anoden und Elektroden, der elek-In the device according to the invention, the arrangement of the workpieces, the anodes and electrodes, the elec-
cLiccLic
trischen Einrichtung für^Erwärmung der Schmelze im Arbeitsvolumen wie auch die Energiekenndaten (Spannung in der Kette der Erwärmungselektroden und in der Elektrolysekette) Bedingungen für jedes zu behandelnde Werkstück, unter denen die Gleichstromdichte an dessen. Oberfläche größer .ist als die Wechselstromdichte. Diese gegenseitige Anordnung und die Energiekenndaten werden aus zu berechnenden Abhängigkeiten ermittelt, die die geometrischen Parameter der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbinden und die schließlich aus dem bekannten Widerstand in der Kette der Wechselstromelektroden und aus dem Widerstand in der Elektrolysekette gemäß obentric device for ^ heating of the melt in the working volume as well as the energy characteristics (voltage in the chain of the heating electrodes and in the electrolysis chain) conditions for each workpiece to be treated, under which the direct current density at its. Surface area is greater than the alternating current density. This mutual arrangement and the energy characteristics are determined from the dependencies to be calculated, which connect the geometric parameters of the device according to the invention and which ultimately result from the known resistance in the chain of alternating current electrodes and from the resistance in the electrolysis chain as described above
5 0 9 8 0 8 / 0 A 2 75 0 9 8 0 8/0 A 2 7
angeführten Formeln bestimmt werden.specified formulas can be determined.
nachstehend bringen wir ein Beispiel der Anordnung von Wechselstromelektroden, Anoden und der zu behandelnden Werkstücke, die aus.den oben erwähnten Formeln ermittelt werden und Bedingungen gewährleisten, unter denen die Wechselstromdichte an der Oberfläche eines beliebigen zu behandelnden Werkstücks geringer ? Ist als die Gleichstromdichte.below we give an example of the arrangement of AC electrodes, anodes and the workpieces to be treated, which are determined from the above-mentioned formulas and ensure conditions under which the alternating current density at the surface of any to be treated Workpiece less? Is than the DC current density.
Bei spiel'Example'
Zum Borieren zylindrischer Werkstücke mit einem Durchmesser von 16' mm und einer Länge von *>10 mm aus kohlenstoffhaltigem, mit Chrom und Silizium niedriglegiertem Stahl in einem borhaltigen Medium mit einem spezifischen elektrischen Widerstand 1,86 Ohm. cm. hat die Vorrichtung für das Elektrolytborieren folgende in nachstehender Tabelle angeführte geometrische Parameter.For boronizing cylindrical workpieces with a diameter of 16 'mm and a length of *> 10 mm made of carbonaceous, with chrome and silicon low-alloy steel in a boron-containing medium with a specific electrical Resistance 1.86 ohms. cm. has the device for electrolyte boring the following geometric parameters listed in the table below.
GEOMETRISCHE PARAMETER DER VORRICHTUNG FÜR DAS ELEKIPROLYTHBORIERENGEOMETRIC PARAMETERS OF THE DEVICE FOR ELECTRICAL ROLYTHBORING
Lfd. Benennung des geo- Be ζ eich- Maßein-Nr. metrischen Parameters nung heit GrSBeSerial Designation of the geo-calibration dimension no. metric parameter is called size
1 Abstand zwischen den
Yiechselstromelektroden 1 m 0,0601 distance between the
Yellular current electrodes 1 m 0.060
2 Durchmesser der Wechselströme! ekt rode d m 0,0602 diameters of alternating currents! ekt rode d m 0.060
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Lfd. Benennung des geometri- Bezeich-Nr. sehen Parameters nungSerial Designation of the geometric designation no. see parameters
Maßeinheit GroßeUnit of measurement large
Arbeitslänge der Elektroden Working length of the electrodes
Laufende Koordinate, die die Lage des Werkstücks im Arbeitsraum der Vorrichtung berücksichtigt Running coordinate showing the position of the workpiece in the work area the device taken into account
Innerer Radius der KassetteInner radius of the cassette
Radius der Gleichstromanoüe Radius of the DC motion
0,50.5
0,1 0,2 0,02750.1 0.2 0.0275
Die Anwendung der Vorrichtung für das Elektrolytborieren der erwähnten Werkstücke gewährleistet die Gewinnung einer gleichmäßig borierten Schicht mit einer Tiefe 0,12-0,20 mm bei einer Temperatur des Prozesses 940-950°C, der Dichte des Gleichstroms an der Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke 0,10-0,15 A/cm und einer Dauer des Prozesses gleich 2 Stunden.The application of the device for electrolyte boring of the workpieces mentioned ensures the production of a uniformly borated layer with a depth of 0.12-0.20 mm at a temperature of the process 940-950 ° C, the density of the direct current on the surface of the workpieces to be treated 0.10-0.15 A / cm and a duration of the process equal 2 hours.
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Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732338242 DE2338242C3 (en) | 1973-07-27 | Device for the electrolyte boring of workpieces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732338242 DE2338242C3 (en) | 1973-07-27 | Device for the electrolyte boring of workpieces |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2338242A1 true DE2338242A1 (en) | 1975-02-20 |
DE2338242B2 DE2338242B2 (en) | 1976-07-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |