DE3038081A1 - METHOD FOR CARBONING AND CARBON-NEUTRAL GLOWING OF WORKPIECES - Google Patents
METHOD FOR CARBONING AND CARBON-NEUTRAL GLOWING OF WORKPIECESInfo
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Description
4 A C » fj ■» A 9 44 A C »fj ■» A 9 4
LIISIDE AKTIENGESELLSCHAFTLIISIDE AKTIENGESELLSCHAFT
(G 118) G 80/74 (G 118) G 80/74
Hm/fl 8.10.1980Hm / fl 8.10.1980
Verfahren zum Aufkohlen und kohlungsneutralen Glühen von Werkstücken Process for carburizing and carburization- neutral annealing of workpieces
15Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufkohlen und kohlungsneutralen Glühen von Werkstücken, die in einem Ofen bei hohen Temperaturen der Einwirkung eines aus einer organischen Flüssigkeit und weiteren Komponenten gebildeten Gasgemisches ausgesetzt werden.The invention relates to a method for carburizing and carbon-neutral annealing of workpieces in one Oven at high temperatures of the action of an organic liquid and other components formed gas mixture are exposed.
' ■'■
Es ist bekannt, Wärmebehandlungsöfen für Metalle mit einem aus Dämpfen organischer Flüssigkeiten und weiteren Komponenten gebildeten Gasgemisch zu speisen·. Hierzu wird ein- ■ Stickstoffstrom, der mit den Dämpfen der organischen Flüssig-It is known, heat treatment furnaces for metals with one of vapors of organic liquids and other components to feed formed gas mixture ·. For this purpose, a ■ stream of nitrogen, which with the vapors of the organic liquid
25keit angereichert ist, in den Behandlungsofen eingeleitet. Nach bisherigen Methoden wird über die Zugabe der organischen Flüssigkeit ein festes Kohlungspotential im Ofen eingestellt. Der Strom der Dämpfe der organischen Flüssigkeit ist dabei gleichmäßig, so daß sich zusammen mit den übrigen Komponenten25keit is enriched, introduced into the treatment furnace. According to previous methods it is about the addition of the organic Liquid set a fixed carbonization potential in the oven. The stream of vapors of the organic liquid is included evenly, so that together with the rest of the components
30z.B. Stickstoff und/oder ein Kohlenwasserstoff, im Ofen, ein· Gasgemisch mit einem Gehalt an ca. 20* % Kohlenmonoxid, 4 0 % Wasserstoff und dem Rest Stickstoff und Kohlenwasserstoffen einstellte. Bei dieser Verfahrensweise wird jedoch eine relativ große Menge an organischer Flüssigkeit verbraucht. Ein30 e.g. Nitrogen and / or a hydrocarbon, in the furnace, a Gas mixture with a content of approx. 20% carbon monoxide, 40% hydrogen and the remainder nitrogen and hydrocarbons hired. However, this procedure becomes a relative large amount of organic liquid consumed. A
35weiterer Nachteil bekannter Verfahren liegt in der sehr langenAnother disadvantage of known methods is that they are very long
Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78
1 Aufkohlungszeit.1 carburizing time.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, mit dem auf wirtschaftliche Weise ein rasches Aufkohlen oder kohlungsneutrales Glühen von Metallteilen möglich ist.The invention is therefore based on the object of developing a method of the type specified at the outset, with which on economic Quick carburization or carbon-neutral annealing of metal parts is possible.
■ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die organische Flüssigkeit während der Einwirkung des Gasgemisches auf die Werkstücke den übrigen Komponenten vor deren Einleitung in den Ofen und/oder dem Gasgemisch pulsierend zugegeben wird.■ This object is achieved in that the organic liquid during the action of the gas mixture on the workpieces the other components before their introduction is added in a pulsating manner into the furnace and / or the gas mixture.
Mit dem- erfindungsgemäßen Verfahren kann durch die pulsierende Zugabe der organischen Flüssigkeit ein im Vergleich zu bisherigen Verfahren großes Kohlenstoffpotentialgefälle zwischen · Werkstückoberfläche und Kern des Werkstückes.erzielt werden. Ein großes Kohlenstoffpotentialgefälle wirkt aber als zusätzliche, treibende Diffusionskraft, so daß durch den pulsieren-20den Eintrag der organischen Flüssigkeit ein rasches Eindringen des Kohlenstoffs in das. zu behandelnde Werkstück erreicht wird. Das pulsierende Zumischen verläuft so, daß zumindest die organische Flüssigkeit während der Aufkohlung bzw. des kohlungsneutralen Glühens in zahlreichen Phasen in den Ofen 25eingeleitet wird. In diesen Phasen steigt der Kohlenstoffgehalt des Gasgemisches bis zu einem bestimmten Niveau, während er in den Zeiträumen zwischen den Einleitungsphasen sinkt, da keine organische Flüssigkeit zugegeben wird.With the inventive method can through the pulsating When adding the organic liquid, a large carbon potential gradient between Workpiece surface and core of the workpiece. However, a large carbon potential gradient acts as an additional, driving diffusion force so that through the pulsate-20den Entry of the organic liquid achieves rapid penetration of the carbon into the workpiece to be treated will. The pulsating admixing takes place in such a way that at least the organic liquid during the carburization or the carbon-neutral annealing is introduced into the furnace 25 in numerous phases. During these phases the carbon content increases of the gas mixture up to a certain level, while it decreases in the periods between the discharge phases, since no organic liquid is added.
30Es wurde festgestellt, daß der Verbrauch an organischer Flüssigkeit beim erfindungsgemäßen deutlich geringer ist als bei den bekannten Verfahren (bis zu 50 %). Ein weiterer Vorteil liegt·in der Verkürzung der Kohlungszeit (bis zu 50 %). Außerdem verbessert sich die RandzonenbeschaffenheitIt was found that the consumption of organic liquid is significantly lower in the case of the invention than with the known methods (up to 50%). Another advantage is the shortening of the charring time (up to 50%). In addition, the nature of the edge zones is improved
35an erfindungsgemäß behandelten Werkstücken, d.h. es entstehen35 on workpieces treated according to the invention, i.e.
Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78
!weniger Randoxidationen.! less edge oxidation.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, nicht nur die organische Flüssigkeit pulsierend in den Ofen bzw. in die übrigen Komponenten einzuspeisen, sondern auch diese Komponenten, denen die organische Flüssigkeit zugemischt wird, selbst pulsierend in den Ofen einzuleiten. Es wurdeIt has been found to be particularly advantageous not only to pulse the organic liquid into the furnace or to feed into the other components, but also these components to which the organic liquid is mixed is to introduce itself into the furnace in a pulsating manner. It was
• festgestellt, daß durch diese Maßnahme einerseits z.B. die aufkohlende Wirkung verstärkt oder andererseits durch die to im Ofen hervorgerufenen Druckwechsel eine gleichmäßigere Aufkohlung der Werkstücke bewirkt wird.• found that this measure, on the one hand, resulted in, for example, the Carburizing effect enhanced or on the other hand by the to the pressure change caused in the furnace a more even one Carburization of the workpieces is effected.
So kann z.B. eine der weiteren" Komponenten ein inertes Trägergas sein." Wird dieses Gas pulsierend eingeführt,For example, one of the other "components" can be an inert carrier gas. If this gas is introduced in a pulsating manner,
15SO werden im Ofen Druckschwankungen hervorgerufen. Deren Amplitude und Frequenz kann npn durch geeignete Wahl des Zeitpunkts und der Dauer einer Phase, in der Gas eingeleitet wird, so bestimmt werden, .daß eine ständige Bewegung der Ofenatmosphäre die Folge ist. Auf diese Weise wird sicher-15SO, pressure fluctuations are caused in the furnace. Whose Amplitude and frequency can npn by suitable choice of the point in time and the duration of a phase in which gas is introduced will be determined so that a constant movement of the furnace atmosphere is the result. In this way,
2ogestellt, daß das Gasgemisch an alle Stellen eines Werkstückes, also auch an geometrisch ungünstige Stellen oder Toträume innerhalb einer Schüttung, gleichmäßig geführt und im gesamten Ofen eine homogene Gasmischung eingestellt wird. Eine ungenügende·Aufkohlung benachteiligter Werkstück-2 set that the gas mixture at all points of a workpiece, So even at geometrically unfavorable places or dead spaces within a bed, evenly guided and a homogeneous gas mixture is established in the entire furnace. Insufficient carburization of disadvantaged workpiece
25oberflachen oder ein Aufkohlen bzw. ein zu starkes Aufkohlen begünstigter Werkstückoberflächen wird somit vermieden.25 surfaces or a carburizing or a too strong carburizing favored workpiece surfaces is thus avoided.
Eine der weiteren Komponenten kann aber auch ein Kohlenwasserstoff sein. Die Zugabe von Kohlenwasserstoffen istHowever, one of the other components can also be a hydrocarbon be. The addition of hydrocarbons is
30beim Aufkohlen mittels organischer Flüssigkeiten üblich, da mit einer organischen Flüssigkeit in der Regel keine ausreichende Aufkohlurigswirkung erzielt werden kann. Mit Methanol als organischer Flüssigkeit wird beispielsweise lediglich ein Kohlungspegel von 0,5 bis 0,6 % erzielt. DieUsually when carburizing by means of organic liquids, since usually none with an organic liquid sufficient carburizing effect can be achieved. With Methanol as an organic liquid, for example, only achieves a carbon level of 0.5 to 0.6%. the
35Zugabe von Kohlenwasserstoffen ermöglicht nicht nur einen35 Adding hydrocarbons doesn't just allow one
Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78
B*B *
tt a dd a
— ο β - ο β
1 höheren Kohlungspegel, sondern auch eine bessere Regelung dieses Pegels. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren führt die pulsierende Zugabe von Kohlenwasserstoffen zu einem weiteren wesentlichen Vorteil: Die Zugabe der 5Kohlenwasserstoffe kann so gewählt werden-, daß die durch die pulsierende Zugabe der organischen Flüssigkeit verursachenden Druckschwankungen verstärkt werden, der Übergang von Kohlenstoff in das Metall beschleunigt und so die Aufkohlungsgeschwindigkeit weiter erhöht wird. Zu diesem Zweck ist es lOgünstig, den Zugaberhythmus für die Kohlenwasserstoffe dem ' der Zugabe der organischen Flüssigkeit anzupassen.1 higher carbon level but also better regulation this level. In connection with the process according to the invention, the pulsating addition of hydrocarbons leads to a further significant advantage: the addition of the 5 hydrocarbons can be chosen so that the through the pulsating addition of the organic liquid causing pressure fluctuations to be intensified, the transition from Carbon accelerates into the metal and so the carburization rate is further increased. To that end it is lOfavorable, the addition rhythm for the hydrocarbons to the ' to adapt to the addition of the organic liquid.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist daher die organische Flüssigkeit ein Alkohol, insbesondere 15Methanol und sind unter den weiteren Komponenten ein inertes Trägergas, insbesondere Stickstoff und ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Kohlenwasserstoff mit mehr als einem Kohlenstoffatom,oder eine weitere organische Flüssigkeit wie. Aceton, Isopropanol, Äthylazetat enthalten. Kohlenwasser-In an advantageous embodiment of the inventive concept the organic liquid is therefore an alcohol, in particular methanol, and is an inert one among the other components Carrier gas, in particular nitrogen and a gaseous hydrocarbon, in particular a hydrocarbon with more than one carbon atom, or another organic liquid how. Contains acetone, isopropanol, ethyl acetate. Hydrocarbon
20stoffe mit mehr als einem Kohlenstoffatom zerfallen bei den im Ofenraum herrschenden Temperaturen in mehrere Radikale.Substances with more than one carbon atom decay in the temperatures in the furnace chamber into several radicals.
• Dieser Effekt führt zu einer zusätzlichen Druckerhöhung im Ofen und somit zu einer weiteren Beschleunigung des KohlenstoffÜberganges.. • This effect leads to an additional pressure increase in the furnace and thus to a further acceleration of the carbon transition.
Nach einem· weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Dauer der Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponenten gegenüber dem Zeitraum zwischen dem Ende einer Zugabe und dem Beginn der nächsten Zugabe kurz. Die Dauer der ZugabeAccording to a further feature of the method according to the invention is the duration of the addition of the carbonaceous components versus the period between the end of an addition and the beginning of the next encore briefly. The duration of the encore
30beträgt dabei 1 see. bis 30 min., vorzugsweise 10 bis 60 see. Der Zeitraum zwischen dem Ende einer Zugabe und dem Beginn der nächsten Zugabe beträgt 10 see. bis 60 min., vorzugsweise 20 bis 300 see.30 is 1 see. to 30 minutes, preferably 10 to 60 seconds. The period of time between the end of one addition and the start of the next addition is 10 seconds. to 60 min., preferably 20 to 300 see.
35Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens35 According to an advantageous embodiment of the inventive concept
Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78
wird kontinuierlich der Methan- und/oder Kohlendioxid- und/wl oder Wasserstoff- und/oder Kohlenmonoxidgehalt und/oder der Taupunkt und/oder das Sauerstoffpotential im Gasgemisch gemessen, die Meßgrößen einer Regeleinheit zugeführt und die Dauer und der Zeitpunkt der Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponenten nach Vergleich der Meßgrößen mit einem jeweils vorgegebenen Sollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Sollwert und Meßgröße automatisch geregelt.is continuously the methane and / or carbon dioxide and / wl or hydrogen and / or carbon monoxide content and / or the dew point and / or oxygen potential measured in the gas mixture, the measured variables are fed to a control unit and the duration and time of the addition of the carbon-containing Components after comparing the measured variables with a given setpoint depending on the difference between Setpoint and measured variable regulated automatically.
Eine für herkömmliche Verfahren typische Gasgemischzusammensetzung hatte einen Gehalt von ca. 20 % Kohlenmonoxid, 40 % Wasserstoff, 2 bis 5 % Kohlenwasserstoffgas sowie Stickstoff. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Kohlenmonoxidgehalt zwischen 5 und 30 %, im Mittel etwa bei 12 bis 15 %, also unter dem herkömmlichen Wert. Der Wasserstoffanteil liegt bei 10 bis 40 %, wobei sich diese Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Pulsation ändert. Der Anteil der Kohlenwasserstoffe liegt dann bei 2 bis 10 %. Im folgenden soll anhand zweier Versuche das erfindungsgemäße Verfahren mit dem herkömmlichen Verfahren verglichen werden:A gas mixture composition typical of conventional processes had a content of approx. 20% carbon monoxide, 40% hydrogen, 2 to 5% hydrocarbon gas and nitrogen. The carbon monoxide content is in the method according to the invention between 5 and 30%, on average around 12 to 15%, so below the conventional value. The hydrogen content is 10 to 40%, this composition being in Depending on the pulsation changes. The proportion of hydrocarbons is then 2 to 10%. In the following, the method according to the invention is to be used with the aid of two experiments can be compared to the conventional method:
Als Ofen diente ein Kammerofen mit Vorkammer und ölabschreckbad, mit Zwischentüre und Eingangstüre. vor der Vorkammer. · Das Volumen des freien Ofenraums betrug ca. 1,5 m3. Eine Charge von 193 Stck. Antriebswellen aus 16 Mn Cr5 mit einem Gesamtgewicht von ca. 515 kg und einer Oberfläche von ca. 5,5 m2 wurde einer Aufkohlungsbehandlung unterworfen.. Es wurde eine Einhärtetiefe von 0,5 mm bis 0,8 mm bei 550 HV1 mit eutektoiden Randkohlenstoffgehalt und einer Oberflächenhärte von 64 bis 66 HR verlangt. Die Aufkohlungstemperatur betrugt 9400C. Das Gasgemisch wurde aus folgenden Komponenten gebildet: Als Trägergas diente Stickstoff, als organische Flüssigkeit Methanol. Dieser Alkohol wurde als FlüssigkeitA chamber furnace with an antechamber and oil quenching bath, with an intermediate door and an entrance door, served as the furnace. in front of the antechamber. · The volume of the free furnace space was approx. 1.5 m 3 . A batch of 193 pieces. Drive shafts made of 16 Mn Cr5 with a total weight of approx. 515 kg and a surface area of approx. 5.5 m 2 were subjected to a carburizing treatment. A hardening depth of 0.5 mm to 0.8 mm at 550 HV1 with eutectoid surface carbon content was obtained and a surface hardness of 64 to 66 HR is required. The carburizing temperature Con t 940 0 C. The gas mixture was formed from the following components: was used as the carrier gas, nitrogen, as the organic liquid methanol. This alcohol was called a liquid
Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78
in das Trägergas eingedüst- Schließlich wurde Propan gasförmig zugemischt. Diese Paramter stimmten bei den beiden folgenden Versuchen, in denen eine Charge einmal nach dem herkömmlichen Verfahren (Versuch a) und einmal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Versuch b) behandelt wurde, überein. injected into the carrier gas- Finally propane became gaseous mixed in. These parameters were correct in the following two tests, in which a batch was once after conventional method (experiment a) and once according to the invention Method (experiment b) was treated.
Versuch a: Nach einem herkömmlichen Verfahren wurden pro Stunde 5,2 m3 Stickstoff, 4,8 1 Methanol und . 300 1 Propan in den Ofen geleitet. Die DauerExperiment a: According to a conventional method, 5.2 m 3 of nitrogen, 4.8 1 of methanol and. 300 liters of propane are fed into the furnace. The duration
der Aufkohlung betrug 120 min.the carburization lasted 120 minutes.
Versuch b: Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden 6 m3/h Stickstoff als Grundmenge, 10,5 l/h Methanol und 820 l/h Propan intervallweiseExperiment b: According to the method according to the invention, 6 m 3 / h of nitrogen as a basic amount, 10.5 l / h of methanol and 820 l / h of propane were added at intervals
in 42 Intervallen a 20 sec. in den. Ofen eingeleitet. Jedem Intervall schloß sich eine Pause von 60.see. an, in denen keine kohlenstoffhaltigen Komponenten in den Ofen geleitet wurden.in 42 intervals of 20 sec. in the. Furnace initiated. Each interval was followed by a break of 60 seconds. in which no carbonaceous Components have been fed into the furnace.
Nach dem letzten Intervall schloß sich eine ca.After the last interval, an approx.
15 min. dauernde Diffusionsphase an. Bei diesem Verfahren dauerte die Aufkohlung 71 Minuten.Diffusion phase lasting 15 minutes. With this one Procedure, the carburization took 71 minutes.
In beiden Versuchen wird die Dauer der Aufkohlung von dem Zeitpunkt an gerechnet, an dem der Ofen die Aufkohlungstemperatur von 94O0C erreicht hatte. Ein Vergleich beider Versuche zeigt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach der Verbrauch an Methanol und die Dauer der Aufkohlung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren geringer bzw. kürzer ist.In both experiments, the duration of the carburizing is calculated from the date on which the furnace had reached the carburizing temperature of 94O 0 C. A comparison of the two tests shows the advantages of the method according to the invention, according to which the consumption of methanol and the duration of the carburization are lower or shorter compared to the conventional method.
Form. 5728 7.78Shape. 5728 7.78
Claims (1)
Verfahren zum Aufkohlen und kohlungsneutralen Glühen von Werkstücken, die in einem Ofen bei hohen Temperaturen der Einwirkung eines aus einer organischen Flüssigkeit und weiteren Komponenten gebildeten Gasgemisches ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeit während der Einwirkung des Gasgemisches, auf die Werkstücke den übrigen Komponenten vor deren Einleitung in den Ofen und/oder dem Gasgemisch pulsierend zugegeben wird.\
A method for carburizing and carbon-neutral annealing of workpieces which are exposed in a furnace at high temperatures to the action of a gas mixture formed from an organic liquid and other components, characterized in that the organic liquid during the action of the gas mixture on the workpieces, the other components before being introduced into the furnace and / or the gas mixture is added in a pulsating manner.
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