DE2629109C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Härten und Feuerverzinken von Eisen- und Stahlwaren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Härten und Feuerverzinken von Eisen- und Stahlwaren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitig gen Härten und Feuerverzinken von Eisen- und Slahlwaren in einer Verfahrensstufe sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei wercfen" die zu verzinkenden Gegenstände zunächst entfettet und sodann auf Austenitisierungstemperatur erhitzt.
Das gegenwärtig angewandte sogenannte Tauchverfahren hat einen recht beschränkten Anwendungsbereich, was Schraubenerzeugnisse betrifft. So können mit ihm unvergütete Schrauben feuerverzinkt werden. Das Feuerverzinken gehärteter, d. h. in die DIN-Festigkeitsklasse 8,8 und 10,9 gehörender Schrauben nach dem Tauchverfahren gelingt nicht ohne Beeinträchtigung
ίο der Stahlfestigkeitseigenschaften im Zusammenhang mit dem Verzinkungsprozeß.
Als Nachteile des gegenwärtig üblichen Tauchverfahrens sind die Arbeitsbedingungen und Umweltschutz-Gesichtspunkte zu nennen. Der Arbeiter muß bei ,üesem Prozeß mit Giften der Klasse II hantieren. Der LiTigang mit Lauge und die Säurebehandlung führen zu Gefahrensituationen und machen außerdem eine intensive zusätzliche Lüftung notwendig. Die im Laufe des Prozesses benutzten Laugen, Säuren und Spülwässer müssen einer Abwasserkläranlage zugeführt werden. Die Folge sind beträchtliche Mehrkosten.
Mit der vorliegenden Erfindung soii ein Feuerverzinkungsverfahren geschaffen werden, das frei von den Mängeln des gegenwärtig üblichen Verfahrens ist:
Qualitätsschwankungen, eng begrenzte Materialauswahl, unangenehme und gefährliche Arbeitsbedingungen sov/ie kostspielige Abwasserreinigung.
Es ist bekannt (US-PS 28 57 300), Stahlbänder zu metallisieren und härten, indem der Stahl in einem Salzbad bei 760° bis 9000C austenitisiert wird, dann in Al-Bad getaucht ur.d mit Wasser oder Öl auf 100° C abgeschreckt wird. Somit erfolgt das Metallisieren und Härten nacheinander in zwei getrennten Bädern.
Ferner ist ein flußmittelfreies Feuerverzinkungsverfahren bekannt (US-PS 2197 622), bei dem ein Stahlband in einer reduzierenden Atmosphäre auf 815 — 9£!2rC erhitzt wird und unter Schutzgas in ein Bruchteile eines Prozents Al enthaltendes Zinkoad getaucht wird. Das Bad dient nich; dls Abschreckbad, da
■to der Gegenstand vor Eintritt in das λ rzugsweise auf eine etwas höhere Temperatur als die Badtemperatur gekühlt werden soll. Eine gleichzeitige Härtung ist nicht vorgesehen und auch nicht andeutungsweise erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zu erstellen, das Härten und Feuerverzinken gleichzeitig in einer Verfahrensstufe ermöglicht.
Die erfindungr.gemäße Lösung besteht darin, daß die Gegenstände unmittelbar in das Zinkbad gebracht werden, wo neben der Verzinkung gleichzeitig die Härtung durch Abschrecken erfolgt und die Verweilzeit in dem Bad so bemessen wird, daß das Gefüge nahezu vollständig in Bainit umgewandelt wird, und daß die Gegenstände anschließend in bekannter Weise von überschüssigem Zink befreit werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche eine Waschvorrichtung zum Reinigen der zu behandelnden Gegenstände, einen Wärmebehandlungsofen sowie einen Zinkbehälter zum Verzinken der Gegenstände aufweist.
Kennzeichnend für die erfindungsgemäßc Vorrichtung
.jist, daß der Zinlibehältef so; mit dem Wärmebehänd-
"liungsofen kombiniert ist, daß die zu behandelnden
Gegenstände aus dem Ofen unmittelbar in das Zinkbad
des Zyikbehälters gelangen, und daß der Zinkbehälter mit einer Fördereinrichtung zum Hinausbefördern der zu behandelnden Gegenstände aus dem Zinkbad nach Ablauf einer im voraus festgelegten Frist ausgerüstet ist.
In der Zeichnung--ig:
Fig. 1 in schematischer Darstellung die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig.2 die Endpartie des Wärmebehandlungsofens sowie den Zinkbehälter in detaillierter Darstellung.
Das err;ndungsgemäße Feuerverzinkungsverfahren umfaßt die folgenden Hauptstufen:
1. Entfet'en
2. Wärmebehandlung
3. Verzinken
4- Schleudern
5. Abkühlen
Nach dem in herkömmlicher Weise erfolgten Entfetten gelangen die Gegenstände in kontinuierlichem, gleichmäßigem Fluß in den Wärmebehandlungsofen. Im ersten Abschnitt des Ofens werden die sich langsam voranbewegenden Gegenstände in einer reduktiven Atmosphäre gereinigt. Im zweiten Abschnitt des Ofens, dem Aufheizabsrhniir erreichen die Gegenstände die für das im Zusammenhang mit d'-n Prozeß erfolgende Härtungsglühen erforderlichen Temperaturen. Die Betriebstemperatur dieses Ofenabschnitts beträgt 850 bis 1000°C. In der dritten Zone des Ofens, der Abgleichzone, erfolgt ein passendes Abgleichen der Temperatur der Gegenstände bevor diese in den Zinkbehälter gelangen. Die Temperatur darf nicht unter eine bestimmte sogenannte Acj-Temperatur absinken.
Als Schutzgas werden im Ofen verwendet:
a) Aus Propan hergestelltes sogenanntes Endo-Gas mit
29.0% H2
22,5% CO
1,0% CO2
47,5% N2
b) aus Ammoniak hergestelltes Schutzgas mit
75% H2
25% Hj
Dem Schutzgas kommt die Aufgabe zu, die Oberfläche der Gegen' tände zu reinigen und sie vor der Berührung mit Sauerstoff zu schützen, welcher die chemische Reaktion zwischen Zink und Stahl verhindern würde. Außerdem bewahrt das Schutzgas den Stahl während des Glühens vor Kohlenstoffverlusten. Um eine gute Schutzwirkmg zu gewährleisten, muß das Schutzgas einen bestimmten Taupunkt haben. Zum Härten un-4 Verzinken werden die Gegenstände über den Schacht 16 aus dem Ofen 3 in das im Zinkbehälter 4 befindliche geschmolzene Zink 28 gebracht. Im Behälter 4 sinken die Gegenstände langsam auf das F-'örderband 23 des am Behälterboden befindlichen Förderers 5. Wenn der Gegenstand mit dem geschmolzenen Zink 28 in Berührung kommt, reagieren das Kisen (der Stahl) und das Zink miteinander. Die Zinktemperatur im stählernen Behälter schwankt zwischen 450 und 460"C falls: mit einem keramischen Zinkbehaltcr gearbeitet Wird, kann die Ternperaturiides geschmolzenen Zinks •uch auf den Bereich Von 520 bis 560°C eingestellt werden. Die Eigenschaften des Zifiküberzugs lassen sich verbessern, beispielsweise durch Zusatz von Aluminium, das dem Zink eine bessere Fließfähigkeit verleiht, Auch Blei kann zugesetzt wrrden, Der Alurniniümgehalt beträgt 0,16 bis 0,18%. Das Aluminium verhindert die Bildung einer Eisenzinkschicht. Im Hinblick auf das Härten dient das geschmolzene Zink auch als AbschrecKmittel, wobei das Härtungsergebnis in hohem Grade von der Abschreckdauer, d. h. von der Verweilzeit des betreffenden Gegenstandes im Zinkbad abhängig ist. Der in seiner Geschwindigkeit regulierbare Förderer des Zinkbehälters 5 dient als Abschreckzeit-Regulator. Die Innenauskleidung des Zinkbehälters 4 ist
ίο durch die Bezugszahl 21, die Heizelemente durch die Zahl 17, die Isolierung mit 19, die Bodenziegel mit 20 bezeichnet. Der Verbindungsschacht 16 zwischen dem Ofen 3 und dem Zinkbehälter 4 reicht bis unter die Oberfläche des Zinkbades 28. Unterhalb des Schachtes 16 befindet sich der Förderer 5, auf welchen die zu behandelnden Gegenstände fallen und welcher diese Gegenstände automatisch aus dem Zinkbad 28 hinausbefördert. Die Tauthdauer ist scmit für sämtliche Einzelgegenstände die gleiche, wodurch eine Zinkschichtung und eine ausgezeichnete Haftung gewährleistet werden. Als Umlenkwalzen-L-" ;er des Förderers dienen Hartmetallringe, die ein passendes Spiel haben und von dem geschmolzenen Zink ständig intensiv geschmiert werden. Um ganz sicherzugehen, daß die Gegenstände auf das Band 23 des Förderers 5 ge.jngen, kann als Verlängerung des Schachts 16 ein verstellbares, vorzugsweise gelochtes Führungsblech 18 montiert werden. Das vorzugsweise netzartig ausgeführte Band 23 des Förderers ist mit sog. Hubeisen 24 ausgerüstet, die in passenden gegenseitigen Abständen angeordnet sind und als Mitnehmer wirken.
Die Rahmenkonstruktion des Förderers ist mit 26, die Zug- und Behälterwalzen mit 25 und 22 bezeichnet. Vom Förderer 5 gelangen die Gegenstände auf die Rutsche
3t 27 und weiter zur Schleuder 6. wo die Schrauben u. dgl. Gegenstände durch Schleudern von anhaftendem überschüssigem Zink befreit werden. In der Schleuder wird infolge der Zentrifugalkraft das überschüssige Zink an die Wandung der Schleuder geworfer. Die verzinkten Gegenstände müssen unverzüglich, d. h. mit beinahe noch geschmolzener Oberfläche in die Schleuder gebracht werden. Die Gegenstände fallen einzeln in die bereits rotierende Schleuder, wobei jede Schraube (Gegenstand) eine Einzelbehandlung erfährt. Das
^ Resultat dieser Verfahrensweise ?ind ein ausgezeichnetes Endergebnis und eine äußerst gleichmäßige C/UTÜtät. Das neue Feuerverzinkungsverfahren umfaßt also zwei bisher separate Prodnktionsvorgänge: nämlich Feuerverzinken mn ausgezeichneter Haftung und gleichzeiti-
w gcs Härten Bei dem im Zusammenhang mit dem erfindungsgcmäßen Verfahren angewandten Härtungsverfahren handelt es sich um Bainithärten. Das Verfahren eignet sich gut für diesen Prozeß, da die Zinktcnperatur im Zinkbehalter für zahlreiche kohlensioffarme Stahlsorten als Abschrecktemperatur geeignet ist. Außerdem erfordert dieses Verfahren Kein separates Rückglühen. Der Gegenstard erreicht im Ofen Aiistcnilisierungstemperalur. wird dann im geschmolzenen Zink oberhalb der JvK Temperatur abge schreckt und blei! ; so lange im Zinkbad, bis sich das Gefüge nahe/u vollständig in Bainit umgewandelt hat. Nach dem Herausnehmen des Gegenstandes aus dem Zinkbad laßt man ihn an der Luft abkühlen, Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zum
Stufenhärten dafür geeigneter Stahlsorten. Das neue Verfahren arbeitet Jjontihuierlich und gewährleistet einen effektiven, gleichmäßigen Produktionsablauf. Die vom Arbeiter vorzunehmenden und damit von diesem
abhängigen Zwischenverrichtungen entfallen. Der Bedienungsmann kann sich auf die Qualitätskontrolle konzentrieren, wodurch die Gleichmäßigkeit der Qualität der Produkte noch weiter erhöht wird. Außerdem kann der Prozeß Stufe für Stufe überwacht werden, was ebenfalls zu einem guten Verzinkungsergebnis beiträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum gleichzeitigen Märten und Feuerverzinken von Eisen- und Stahlwaren in einer Verfahrensstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände unmittelbar in das Zinkbad gebracht werden, wo neben der Verzinkung gleichzeitig die Härtung durch Abschrecken erfolgt und die Verweilzeit in dem Bad so bemessen wird, daß das Gefüge nahezu vollständig in Bainit umgewandelt wird, und daß die Gegenstände anschließend in bekannter Weise von überschüssigem Zink befreit werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas beim Austenitisierungsglühen Endogas und vor dem Zinkbad keine Kohlenstoffverbindungen enthaltendes Schutzgas verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Gegenstände von einem im Wärmebehandlungsofen befindlichen Förderer auf einen im Zinkbad angeordneten Förderer abgeworfen werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche eine Waschvorrichtung (1) zum Reinigen der zu behandelnden Gegenstände, einen Wärmebehandlungsofen (2) und einen Zinkbehälter (4) zum Verzinken der zu behandelnden Gegenstände aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinkbehälter (4) so mit dem Wärmebehandlungsofen (3) kombiniert ist, daß die zu behandelnden Gegenstände aus dem Ofen (3) unmittelbar in das Zinkbad (28) des Zin'-.behält rs (4) gelangen, und daß der Zinkbehälter (4) m;t einer Fördereinrichtung (5) zum Hinausbefördern der -u behandelnden Gegenstände aus dem Zinkbad (28) nach Ablauf einer im voraus festgelegten Frist ausgerüstet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinkofen (4) unter dem Ende des Wärmebehandlungsofens (3) angeordnet ist und durch einen Schacht (16) mit dem Ofen (4) in Verbindung steht, wobei die zu behandelnden Gegenstände in das Zinkbad durch den Schacht fallen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zinkbad (28) unterhalb des erwähnten Schachts (16) ein Förderer (5) zur Aufnahme der /u behandelnden Gegenstände aus dem Bad angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (5) kontinuierlich arbeitet und in seiner Geschwindigkeit verstellbar ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Has Band (23) des Förderers (5) netzartig und in passenden Abständen mit Mitnehmern (24) besetzt ist
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