DE2818558A1 - Verfahren zur waermebehandlung von eisenmetallen - Google Patents

Verfahren zur waermebehandlung von eisenmetallen

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DE2818558A1
DE2818558A1 DE19782818558 DE2818558A DE2818558A1 DE 2818558 A1 DE2818558 A1 DE 2818558A1 DE 19782818558 DE19782818558 DE 19782818558 DE 2818558 A DE2818558 A DE 2818558A DE 2818558 A1 DE2818558 A1 DE 2818558A1
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DE19782818558
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David George Knight
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Air Products and Chemicals Inc
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20—Carburising
    • C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

In der deutschen Patentanmeldung P 24 50 879.0-24 wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenmetallen in einen Ofenraum beschrieben, bei dem eine Mischung aus einem Sauerstoff enthaltenden Medium, einem Kohlenwasserstoff und einem Träger aus einem inerten Gas in einen Ofenraum oder eine Ofenkammer eingespeist wird, die bei einer Temperatur von 690 C oder darüber gehalten wird. Die in den Ofenraum eingespeiste Mischung reagiert dabei unter Erzeugung eines bestimmten Kohlenstoffpotentials oder unter Urzeugung einer Kohlenstoff regulierten Atmosphäre. Das in der Patentanmeldung P 24 50 879 beschriebene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus einzelnen und getrennten Lieferanten für ein Sauerstoff aufweisendes Medium, einen Kohlenwasserstoff und ein inertes Gas erzeugt, wobei auf jeweils 100 g Mole der Mischung entfallen: 2 bis 7,4 g Mole Sauerstoff, und zwar entweder in Form von gasförmigen Sauerstoff oder in Form von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf oder Mischungen hiervon, 60 bis 95 g Hole inertes Gas undSpuren bis 38 g Mole Kohlenwasserstoff mit 3,42 bis 38 g Atomen Kohlenstoff, wobei die Anzahl von Grammatomen Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff größer ist als die Anzahl von Grammolen Sauerstoff in dem Sauerstoff aufweisenden Medium.
Obgleich es vorteilhaft ist oder sein kann, das Sauerstoff aufweisende Medium, den Kohlenwasserstoff und den aus einem inerten Gas bestehenden Träger zu vermischen, bevor diese Komponenten in den Ofenraum eingeführt werden, hat sich nunmehr gezeigt, daß eine solche Vormischung nicht absolut wesentlich ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur
Wärmebehandlung von Eisenmetallen gemäß Patent
(Patentanmeldung P 24 50 879), das dadurch gekennzeichnet ist, daß der aus einem inerten Gas bestehende Träger, der Kohlenwasserstoff und das Sauerstoff aufweisende Medium nicht vor Einführung in den Ofenraum oder die Ofenkaminer miteinander vermischt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Sauerstoff aufweisende Medium, der Kohlenwasserstoff und der aus einem inerten Gas bestehende Träger in den Ofenraun durch einzelne voneinander separate Einlasse eingespeist.
Es ist jedoch auch möglich, das Sauerstoff aufweisende Medium und den aus einem inerten Gas bestehenden Trüger vorzumischen und diese Mischung in den Ofenrauir; durch einen Einlad einnspeisen, der von dem Einlaß für den Kohlenwasserstoff getrennt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Kohlenwasserstoff mit dem aus einem inerten Gas bestehenden Träger vermischt, worauf die Mischung in den Ofenraura durch einen einzelnen Einlaß eingespeist wird, der von dem Einlaß für den Sauerstoff getrennt ist.
Auch können gegebenenfalls der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff vorvermischt werden, worauf diese Mischung in den Ofenraum durch einen separaten Einlaß eingespeist wird, der von dem Einlaß für den aus einem inerten Gas bestehenden Träger getrennt ist.
In besonders vorteilhafter Weise wird das Kohlenstoffpotential durch Einstellung des Volumenverhältnisses von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff enthaltendem Medium gesteuert.
Der aus einem inerten Gas bestehende Träger besteht vorzugsweise aus Stickstoff.
In vorteilhafter Weise enthalten jeweils 100 g Mole, die in den Ofenraum eingeführt werden, 70 bis 95 g Mole Stickstoff und mehr, insbesondere 89 bis 95 g Mole Stickstoff.
Vorzugsweise wird des weiteren als Kohlenwasserstoff ein Paraffin oder paraffinischer Kohlenwasserstoff verwendet.. Als besonders vorteilhaft hat sich beispielsweise die Verwendung von Methan, Äthan, Butan und Propan erwiesen.
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Auf jeweils 1OO g Mole, die in den Ofenraum eingeführt werden, entfallen vorzugsweise Spuren bis 19,4 g Mole Kohlenv.'asserstoff oder Wasserstoff mit 7,5 bis 19,4 g Atomen Kohlenstoff und mehr, insbesondere Spuren bis 12,7 g Molen Kohlenwasserstoff oder 'vasserstoff mit 7,75 bis 12,7 g Atomen Kohlenstoff.
Gegebenenfalls kann die Mischung durch ein Volumen oder einen Volumenanteil Ammoniak ergänzt verden, und zwar zum Zwecke der Carbonitrierung. Das Volumen von Ammoniak zu Ammoniak plus Mischung liegt vorzugsweise bei weniger als oder gleich 1:5 (Volumenanteile).
In besonders vorteilhafter Weise werden die Ströme aus Sauerstoff aufweisendem Medium, Kohlenwasserstoff und inertem Gas derart eingestellt, daß die Kohlenstoff regulierte Atmosphäre innerhalb der Ofenkammer etwa 3,9 bis 10,7 Vol.-$ Kohlenmonoxid und in besonders vorteilhafter Weise 3,9 bis 8,2 Vol.-§ Kohlenmonoxid enthält.
Ob<|eich nicht erforderlich, können das Sauerstoff aufweisende Medium, der Kohlenwasserstoff und das inerte Gas in vorteilhafter V/eise in den Ofenraum in unmittelbarer Nähe von einem oder mehreren Gebläsen oder Ventilatoren eingespeist werden, die dazu verwendet werden, um die Atmosphäre in dem Ofenraum oder der Ofenkammer zu zirkulieren.
Die beigefügte Zeichnung dient der näheren Erläuterung der Erfindung. Die Zeichnung stellt einen schematischen Schnitt durch einen Ofenraum für die Wärmebehandlung von Eisennietallen nach der Erfindung dar. Dabei handelt es sich lediglich um eine beispielsweise Ausgestaltung eines geeigneten Ofenraumes. Der Ofenraum für die Wärmebehandlung von Metall 1 weist eine Tür 2, ein Gebläse 3, einen Abzug 4 und separate einzelne Einlasse 5,6, 7 und 8 auf.
Bei der Carburierung beispielsweise kann die Ofenkammer 1 durch die Röhrenstrahler 9, beispielsweise auf etwa 800 C aufgeheizt werden. Dann kann ein Stickstoffstrom in die Ofenkammer 1 durch
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- 7 Den Einlaß 5 eingespeist werden.
Hat das Stickstoff praktisch sämtliche Luft in der Ofenkammer 1 verdrängt, so kann das Zirkulationsgebläse 3 in Betrieb genommen werden und beispielsweise Propan und Kohlendioxid können durcli die Einlasse ö bzw. 7 eingespeist werden. Der Strom von Propan, Kohlendioxid und Stickstoff wird dann derart eingestellt, daß in dem Ofenraum das gewünschte geeignete Kohlcnpotential erhalten wird.
Geeignete oder vorteilhafte Mischungen aus Stickstoff, Propan und Kohlendioxid beispielsweise ergeben sich aus der DT-OS 24 50 879.
Die zu carburierenden Gegenstände können auf Förderwagen, Schalen oder Trögen und dergleichen in den Ofenraum 1 durcli die Tür 2 eingeführt werden. Nach dem die zu behandelnden Gegenstände eine ausreichende Zeitspanne lang der erforderlichen Atmosphäre oder den Atmosphären und der erforderlichen Temperatur oder Temperaturen ausgesetzt worden sind, werden sie aus dem Ofenraum wieder entfernt. In vorteilhafter Weise befinden sich die Einlasse 5, 6, 7 und 8 nahe der Rotationsachse des Zirkulationsgebläses 3, das für eine vorteilhafte Vermischung der Einzelkomponenten sorgt.
Der Einlaß 8 wird zur Einspeisung von Ammoniak verwendet, wenn der Ofenraum für eine Carbonisierung verwendet wird, wie es in der DT-OS 24 50 879 näher beschrieben wird.
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L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur "Wärmebehandlung von Hisenmetallen in einem Ofenraum, bei dem man in den Ofenraum ein Sauerstoff aufweisendes Medium aus Sauerstoff, Luft, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf oder Waschungen hiervon, einen Kohlenwasserstoff und einen inerten gasförmigen Träger einführt, derart, daß jeweils 100 g Mole, die in die Ofenkammer eingeführt werden, enthalten: 2 bis 7,4 g Mole Sauerstoff (als gasförmiger Sauerstoff oder in Form von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf oder Mischungen hiervon), 60 bis 95 g Hole Inertgas und Spuren bis 38 g Mole Kohlenwasserstoff, enthaltend 7,5 bis 38 g Atome Kohlenstoff, wobei gilt, daß die Anzahl von Grammatomen Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff größer ist als die Anzahl von Grammolen Sauerstoff im Sauerstoff aufweisenden Medium und daß man die Temperatur
    der Ofenkammer bei oder über 690 0C hält, nach Patent
    (Patentanmeldung P 24 50 879.0-24), dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Sauerstoff aufweisenden Medium, dem Kohlenwasserstoff und dem inerten gasförmigen Träger in der Ofenkammer eine Mischung herstellt, die unter Erzeugung einer Kohlenstoff regulierten Atmosphäre reagiert.
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    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff aufweisende Medium, der Kohlenwasserstoff und der aus einem inerten Gas bestellende Träger in die Ofenkammer durch getrennte Einlasse eingespeist werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff aufweisende Medium und der aus eineir. inerten Gas bestehende Träger vorgeriischt werden und in die Ofenkairmer durch einen Einlaß eingeführt v/erden, der von dem Kohlenwasserstoffeinlaß getrennt ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
    den Kohlenwasserstoff mit den aus einem inerten Gas bestehenden Träger vermischt und die 'lischung in die Ofenkammer durch einen Einlaß einspeist, der von dem Einlaß für Sauerstoff getrennt ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kohlenwasserstoff und den Sauerstoff vormischt und die Mischung in die ufenkammer durch einen Einlaß einspeist, der von dem Einlaß für den aus einem inerten Gas bestehenden Träger getrennt ist.
    6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeweils 100 g Mole, die in die Ofenkammer eingespeist werden, 70 bis 95 g Mole Stickstoff enthalten.
    7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoff Paraffin verwendet.
    8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils 100 g Mole, die in die Of enkamiaer eingespeist werden, Spuren bis 19,4 g Mole Kohlenwasserstoff mit 7,5 bis 19,4 g Atomen Kohlenstoff enthalten.
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    3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung durch ein Volumen Ammoniak ergänzt, derart% daß das Volumen von Ammoniak zu Ammoniak und Mischung bei weniger als odergleid» 1:5 (in Volumenteilen ausgedrückt) liegt.
    10. Verfahren nach einer.i der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Ströme aus Sauerstoff aufweisendem Medium, Kohlenwasserstoff und Träger aus inertem Gas derart einstellt, daß die Kohlenstoff regulierte Atmosphäre innerhalb der üfenkammer etwa 3,9 bis 10,7 Vol.-S Kohlenmonoxid enthält.
    11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sauerstoff aufweisende Medium, den Kohlenwasserstoff und das inerte Gas in die Ofenkammer in unmittelbarer Nähe von mindestens einem Gebläse oder Ventilator einspeist, das bzw. der dazu dient, die Atmosphäre in der üfenkammer zu zirkulieren.
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