DE3540282A1

DE3540282A1 - Beschleunigtes karburierungs-verfahren mit diskreten medien

Info

Publication number: DE3540282A1
Application number: DE19853540282
Authority: DE
Inventors: Michael Lloyd Danielsville Pa. Fenstermacher; Mark Andrew Allentown Pa. Pellman
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1986-05-22
Also published as: US4597807A; CA1244326A; JPS61153271A; ZA858671B; KR900000792B1; KR860004161A; DE3540282C2; NL8503126A; BR8505713A

Description

SCHWABE · SANDMAIR ■ MARX rWEiMTANWÄLTE

STUNTZSTRASSE 16 · 8000 MÜNCHEN 80

Anwaltsakte 34 700

13. November 1985

AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC.

Route #222 Trexlertown PA 18087

U. S. A.

Beschleunigtes Karburierungs-Verfahren mit diskreten Medien

Priorität: Land: Vereinigte Staaten von Amerika Anmeldetag: 13. November 1984
Aktenzeichen: 670,706

V/Ma/h

« (089) 988272-74
Telex: 524560 Swan d

Telekopierer: (089) 983049 KaIIe Infotec 6350 Gr. Il + III

Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Postgiro München 65343-808 (BLZ 70010080)

Beschleunigtes Karburierungs-Verfahren mit diskreten Medien

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen Erzeugnissen in einem Karburierungsofen. Im besonderen betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Karburierungsgeschwindigkeit von eisenhaltigen Erzeugnissen bei gleichzeitiger Verminderung der Karburierung oder des Verrußens des Ofenaufbaus, speziell der Ofen-Wärmequelle und des Ofenbaustoffs. Die Erfindung kann insbesonders bei kontinuierlichen Trommel- Karburierungsöfen angewendet werden.

Das Karburierungs-Verfahren ist ein übliches Verfahren zum Einsatz-Härten von verschiedenen eisenhaltigen Erzeugnissen, wie z.B. Stahlkomponenten. In der typischen Gasphasen-Karburierungstechnik wird eine Gasatmosphäre verwendet, die in der Lage ist, Kohlenstoff auf die Oberfläche des zu behandelnden Stahlerzeugnisses zu übertragen, so daß der Kohlenstoff auf die Oberfläche des Erzeugnisses adsorbiert wird und anschließend, bei geeigneten Temperaturen in die Oberflächenzonen des Erzeugnisses eindiffundiert. In der Vergangenheit wurden verschiedene Kohlenstoff-abgebende Atmosphären verwendet, einschließlich endothermischer Atmosphären, die durch die Verbrennung in einer erwärmten katalytischen Retorte unter teilweisen Oxidationsbedingungen eines Kohlenwasserstoffs mit Luft zur Herstellung einer Mischung aus Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff erzeugt wurden. Typischerweise werden endothermisehe Atmosphären außerhalb des Karburierungsofen erzeugt und mit einem zusätzlichen, Kohlenwasserstoff-anreichernden Gas vor Eintreten in den Ofen vermischt. Es ist gleichfalls bekannt, eineendothermische Atmosphäre dieser Art innerhalb des Karburierungsofen durch Vermischen von Methanol, Stickstoff und Kohlenwasserstoff, sowie Behandlung dieser Mischung mit hohen Temperaturen, herzustellen. Man glaubt, daß das Kohlenmonoxid als ein Überträger für den Kohlenstoff aus einer Hochtemperatur-Wärmequelle im Ofen auf die Oberfläche des eisenhaltigen Erzeugnisses, das behandelt wird, wirkt. Die Ausgangsstufe des übertragenen Kohlenstoffs ist das anreichernde Kohlenwasserstoffgas. Ein Kohlenwasserstoff dieser Art wird unter Hochtemperaturbedingungen im Karburierungsofen an der Wärmequelle oder an Heizrohren, die eine höhere Temperatur als die Erzeugnisse aufweisen, gefcrackt. Man glaubt, daß das Wasser, das

als Nebenprodukt in Karburierungsreaktionen vorhanden ist, sich mit dem, auf den heißen Oberflächen der Wärmequelle des Karburierungsofens gekrackten Kohlenwasserstoff, zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, verbindet. Deshalb wirkt die Anwesenheit des Kohlenmonoxids als ein Transportmittel für den Kohlenstoff aus dem den Krackprozeß anreichernden Gas von einer Oberfläche mit hoher Temperatur in einem Karburierungsofen auf die Oberfläche mit niedrigerer Temperatur, der Erzeugnisse, die karburiert werden, wobei das Kohlenmonoxid dissoziiert und Kohlenstoff und Sauerstoff ergibt und wobei der Sauerstoff sich wiederum mit vorhandendem Wasserstoff zur Bildung von Wasser reagiert. Daraus ergibt sich, daß zur Beschleunigung der Karburierungswirkung, Kohlenmonoxid schnell verfügbar sein muß, um den Kohlenstoff von der Oberfläche mit hoher Temperatur auf den zu karburierenden Gegenstand zu übertragen. Gleich wichtig ist die Zurverfügungstellung einer Kohlenstoffquelle, die aus dem anreichernden Gas besteht, um den Kohlenstoff, der vom Kohlenmonoxid während der Karburierung verbraucht wird, zu ersetzen und dem Wasser der Karburierungsreaktion zu ermöglichen, die Stelle zu erreichen, wo der Kohlenwasserstoff gekrackt wird, un Kohlenmonoxid mit dem Kohlenstoff zu bilden.

Diese Theorie der KohlenstoffÜbertragung wird in einem Artikel von Kaspersma und Shay mit dem Titel "A Model For Carbon Transfer in Gas-Phase-Carburization of Steel" im " Journal of Heat Treating, Vol. 1, Nr. 4, Seite 27",beschrieben.

Gleichfalls ist es bekannt, Methanol und eine anreichernde Gasatmosphäre ohne Stickstoff in zumindest einem Schritt des Karburierungsverfahrens zu verwenden, wie in dem Artikel von Peartree mit dem Titel "Two-Step Accelerated Carburizing Shortens Cycle, Saves Energy" in Heat Treating, JuIi 1981, Seite 36, beschrieben. Die Verwendung von dissoziierten Methanol und anreicherndem Gas, welches nicht mit Stickstoff verdünnt ist, in einem kontinuierlichen Ringofen, wird ebenso diskutiert. Das Verhältnis von anreicherndem Gas zu Methanol war dem ähnlich, das in einem herkömmlichen Karburierungsofen verwendet wurde. Höhere Karburierungsgeschwindigkeiten wurden mit beiden Verfahren beobachtet. Das in dem Artikel beschriebene Zwei-Stufenverfahren, indem eine reine Methanol-Methan-Atmosphäre zuerst

- TT- Ό

in einer ersten Stufe verwendet wird, während eine synthetische, endothermische Atmosphäre in einer zweiten Stufe des Karburierungs-Verfahrens verwendet wird, ist gleichfalls Gegenstand der US-PS 4 306 918.

In der US-PS 4 317 687 wird ein Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen Metallerzeugnissen beschrieben, in dem Stickstoff, Ethanol und Wasser in den Ofen mit oder ohne einer Kohlenwasserstoff-anreichernden Atmosphäre, wie z.B. Propan, zur Herstellung der Karburierungsatmosphäre in den Ofen eingeführt wird.

Weitere Patente, die das Karburierungsgebiet betreffen, sind die US-PS 4 232, die eine Karburierungsatmosphäre in einem Ofen betrifft, in der der Kohlenwasserstoff auf einer genauen Konzentration Z_A unterhalb der Konzentration von 10% gehalten wird, um die Menge des erforderlichen Karburierungsgases zu minimieren und die US-PS 4 322 255, die eine Karburierungsatmosphäre betrifft, in der die Atmosphäre im Karburierungsofen gemessen wird und der Kohlenwasserstoff im Bereich von 0,2-30% kontrolliert gehalten wird.

Wenn man eine endothermische, synthetisch endothermische oder eine andere Karburierungsatmosphäre in einen Ein-Zonen-oder offenen Ofen einführt, ist die Geschwindigkeit der Kohlenmonoxid-Bildung wegen der hohen Temperatur der Heizrohren oder anderer Wärmequellen des Karburierungsofens re-

lativ hoch, wobei die Oberflächen mit hoher Temperatur leicht zugänglich sind und die Bildung von Kohlenmonoxid aus dem anreichernden Kohlenwasserstoff erleichtern. In einem kontinuierlichen Trommelofen, oder irgendeinem Ofen, der diskrete Zonen für die Karburierung und für die Wärmequelle besitzt, wobei jede von der anderen isoliert ist, ist es für die Karburierungsatmosphäre, die mit den zu karburierenden Gegenständen in Kontakt kommt, nicht möglich, mit den heißen Oberflächen der Wärmequelle in Kontakt zu kommen und deshalb ist die Geschwindigkeit der Kohlenmonoxidbildung vermindert und die Karburierung der Gegenstände verzögert sich. Bislang wurde, um diesen Nachteil zu beseitigen, versucht, durch weitere Anreicherung der Karburierungsmischung für den gesamten Ofen die Bildung von Kohlenmonoxid bei den niedrigeren Temperaturen des Trommelofens zu beschleunigen, durch Erhöhung der Kohlenwasserstoffanteile, die bei der

niedrigeren Umwandlungsgeschwindigkeit gekrackt werden. Dieser Versuch zur Aufrechterhaltung oder Beschleunigung der Karburierung verursacht jedoch das Ruß-Problem in der Zone der Wärmequelle, weil die angereicherte Karburierungsmischung gleichfalls mit den Heizrohren des Ofens in Kontakt kommt, wobei unerwünschterweise darauf Kohlenstoff mit um so höherer Geschwindigkeit abgelagert wird, je höher die Konzentration des anreichernden Gases ist.

Diese Erfindung beseitigt dieses Problem des Verrußens und die daraus folgende Unwirksamkeit des Ofens durch das anschließend beschriebene Verfahren, welches das Verrußen vermindert und die Karburierung durch Verwendung von 2 Techniken, welche einzeln diese Probleme verschlimmern wurden, erhöht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen Metallerzeugnissen in einem Ofen, in dem sich die Wärmequelle in einer von der Karburierungszone, wo die Erzeugnisse behandelt werden, isolierten Zone befindet, wobei die Verbesserung in der Einführung einer Karburierungsmischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Kohlenwasserstoff-anreichernden Gas in die Karburierungszone im wesentlichen ohne irgendein inertes Gas, hingegen die Einführung eines inerten Gases in die Zone des Ofens, wo sich die Wärmequelle befindet, im wesentlichen ohne irgendeine Karburierungsmischung, besteht.

Der oxigenierte Kohlenwasserstoff wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aldehyden, Ester, Ether und Mischungen derselben mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen, nicht mehr als einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, einem Kohlenstoff : Sauerstoff-Verhältnis von 1:2 und einem Siedepunkt, der nicht höher als 100 ⁰C beträgt.

Vorzugsweise wird das Kohlenstoff-anreichernde Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methan, Ethan und Propan. Das Inertgas ist vorzugsweise Stickstoff.

Optimalerweise besteht die Karburierungsmischung aus Methanol und Methan mit bis zu 10 Vol.% eines Inertgases.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesonders anwendbar bei einem kontinuierlichen Karburierungstrommelofen, in dem sich eine zylindrische Trommel innerhalb der Ofenwand befindet und in dem sich die Heizröhren-Wärmequelle für den Ofen innerhalb des Mantels, jedoch außerhalb der zylindrischen Trommel befinden. >

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Trommelofen entlang seiner Längsachse.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Trommelofen der Fig. 1 entlang der Linien 2-2.

Die Hitze behandlung von eisenhaltigen Artikeln, wie z.B. der Kohlenstoff-Stahl komponenten ist typischerweise der Engpaß in einer Produktionsfabrik für solche Erzeugnisse. Wenn die Produktivität im Wärmebehandlungsverfahren erhöht wird, kann die gesamte Effektivität der gesamten Fabrik erhöht werden. Um die Behandlung von eisenhaltigen Artikeln in dem Abschnitt der Produktionsfabrik, in dem die Wärmebehandlung stattfindet oder der Karburierungsbremofen sich befindet zu beschleunigen, wird die Kohlenstoffablagerung auf den höchsten praktisch durchführbaren Wert durch Einführen der optimalen Menge des Kohlenstoffausgangsmaterials, wie z.B. des anreichernden Gases,speziell Methan oder ähnliche Kohlenwasserstoffe, in einer Kohlenmonoxid und Wasserstoff-enthaltenden Arbeitsatmosphäre, erhöht. Wegen des für die Karburierung von eisenhaltigen Erzeugnissen verwendeten kontinuierlichen Trommelofens gibt es das inhärente, vorhin beschriebene Problem der Rußbildung an der Ofenwand und, insbesonders auf den Heizrohren der Wand.

Die Heizrohren mit hoher Temperatur oder die Wärmequellen des Ofens sind von den eisenhaltigen Erzeugnissen, die karburiert werden, physikalisch getrennt. Dies führt dazu, daß Kohlenstoff aus dem Krackprozeß des anreichernden Gases auf solchen Ofenteilen entsteht, von denen der Kohlenstoff anschließend nicht entfernt wird. Typischerweise geschieht dies beim Kohlenstoffübertragungs-Prozeß, der vorhin beschrieben wurde. Der zurückbehaltene Kohlenstoff ist für die Metalle des Ofens und für den Betrieb

-JS--

des Ofens nachteilig. Innerhalb der Trommel des Ofens wird die Karburierung aufgrund des raschen Krackens des Kohlenwasserstoff-anreichernden Gases an den heißen Heizrohren oder den Wärmequellen, vermindert, da dieses Gas für die Karburierung der eisenhaltigen Erzeugnisse nicht verfügbar ist. Um diese verminderte Karburierungsgeschwindigkeit in der Trommel auszugleichen, wurde bislang zusätzliches anreicherndes Gas in den Ofen zur Erhöhung des verfügbaren Kohlenstoffes bei der niedrigeren Karburierungsgeschwindigkeit, eingebracht. Jedoch wird das Problem des Verrußens verschlimmert, wenn die Karburierungsmischung mit einer erhöhten Fließgeschwindigkeit oder in angereicherterer Zusammensetzung zum Ziel der Beschleunigung der Karburierungsbehandlung und um die Produktivität des Ofens zu erhöhen, eingebracht wird um dadurch den Engpaß der gesamten Anlage zu beseitigen. Kohlenstoffablagerungen auf der Ofenwand und auf den Wärmequellen führen zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der Karburierung der Legierungsbestandteile des Ofens. Eine derartige Karburierung ist jedoch aufgrund der nachteiligen Wirkung auf die Ofenbestandteile und auf die Lebensdauer der Bestandteile unerwünscht. Um den auf den inneren Ofenwänden und den Wärmequellevorrichtungen abgelagerten Ruß zu entfernen, wird typischerweise ein Ofen mehrere Male pro Monat ausgebrannt, um den Ruß bevor Karburierung stattfindet, zu entfernen. Fallweise muß der Ofen zerlegt werden, um den abgelagerten Kohlenstoff zu entfernen. Eine derartige Rußbildung oder Kohlenstoffablagerung auf den Stahlungswand-Röhren vermindert gleichfalls die Wärmeübertragung von diesen Quellen in die Trommel des Ofens, was zu einer geringen Effizienz der Ofenerwärmung führt. Alle diese nachteiligen Wirkungen vermindern die Effizienz des Ofens und erhöhen die Betriebskosten des Karburierungsprozeßes.

Wenn man eine endothermische oder synthetisch-endothermische Atmosphäre mit einer Zusammensetzung von 20 Vol.% CO, 40 Vol.% H₂ und 40 Vol.% N₂ verwendet, könnte man in Erwägung ziehen, zur Verminderung der Rußbildung und zur Aufrechterhaltung einer guten Wärmeerzeugung aus den Heizrohren oder der Wärmequelle Stickstoff in den Wandbereich eines kontinuierlichen Trommelofens einzuführen. Verwendet man jedoch Stickstoff mit den endothermisehen Atmosphären, wandert der Stickstoff in die Trommel

und verzögert weiter die Karburierungsreaktion durch Erhöhung des Inert-Anteils von 40% auf höhere Werte.

Die Erfindung beseitigt das Problem der Rußbildung und vermindert das Problem des Engpasses in Karburierungsöfen insbesonders bei jenen Öfen, welche bestimmte Zonen für die Karburierung von eisenhaltigen Erzeugnissen, sowie für die Position der Wärmequellen im Ofen aufweisen, durch Einführung von kontrollierten Atmosphären in die Karburierungszone, bzw. in

die Zone der Wärmequelle. ,

Dies bedeutet, daß im Betrieb eines kontinuierlichen Trommelofens mit einer Trommel, in der die eisenhaltigen Erzeugnisse karburiert werden und mit Wänden, wobei die Trommel zwischen den Wänden positioniert ist und in denen die Wärmequelle oder die Heizrohren angebracht sind, gemäß der vorliegenden Erfindung die Karburierungsmischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Anreicherungsgas, wie z.B. Methan mit Ausnahme des Inertgases, wie z.B. Stickstoff, in den Innenraum der Trommel oder in die Karburierungszone eingeführt wird. Gleichzeitig wird ein Inertgas in den Raum, der durch die äußere Oberfläche der Trommel und die innere Oberfläche der Ofenwand begrenzt wird, ein Raum, der typischerweise der Platz für die Heizrohren des Ofens oder die Zone der Wärmequelle ist, einführt.

Diese zwei getrennten, entgegenlaufenden Vorgänge ergeben, wenn zusammen verwendet, ein unerwartetes vorteilhaftes Ergebnis; verminderte Rußbildung und erhöhte Karburierung. Das Inertgas, insbesonders wenn man Stickstoff verwendet, schließt die Rußbildung an der Ofenwand oder an den Heizrohren aus und isoliert auf effektive Weise den Ofen gegen übermäßige Wärmeverluste. Wenn man den Anteil des Inertgases in der tatsächlichen Karburierungszone in der Trommel vermindert, wird die Karburierung ohne Erhöhung der Rußbildung auf der Ofenwand erhöht.

Daher verbessert diese Erfindung das Karburierungs-Verfahren auf drei bestimmten Gebieten: Erstens, die eisenhaltigen Gegenstände, djie karburiert werden sollen, werden mit einer konzentrierten Karburierungsmischung, in

der keine wesentliche Konzentration eines Inertgases die Karburierungsmischung verdünnt, in Kontakt gebracht. Im wesentlichen besteht die gesamte Mischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Anreicherungsgas, wie z.B. Methan. Dadurch wird die Karburierungsgeschwindigkeit der zu karburierenden Erzeugnisse erhöht und dadurch der Engpaß,den der Karburierungsofen in der Produktionsanlage für diese Erzeugnisse bildet, verkleinert. Zweitens, die Abtrennung der Karburierungsatmosphäre von der Ofenwand, wobei ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff verwendet wird, verhindert die Bildung von Ruß oder Kohlenstoffablagerungen auf der inneren Oberfläche des Ofens in dem man verhindert, daß die Karburierungsatmosphäre aus der Trommel austritt und in den Raum zwischen der Trommel und der Wand eindringt. Als letztes ergibt das 3. Merkmal eine erhöhte thermale Wirksamkeit der Abschirmung durch ein Inertgas, verglichen zur Abschirmung durch eine Karburierungsgas-Mischung, wobei durch die thermale,isolierende Wirkung die Wärmeeffizienz des Ofens erhöht wird, und damit der Wärmeverlust des gesamten Apparates reduziert wird. Ein weiteres Merkmal der Verwendung eines getrennten Inertgasstromes ist die dadurch erzielte Sicherheit, dahingehend, daß man eine fertige Mischung einer inaktivierenden Atmosphäre zur Verfügung hat, die in der Ofenregion bereits zur Verfügung steht. Im Falle einer Störung kann inaktivierendes Gas leicht in größeren Mengen in den Ofen eingebracht werden, wogegen die Karburierungsmischung entfernt werden kann, um eine wirksame Sicherheitsabschirmung eines Inertgases zu ergeben, um die Ofenanlage abzuschalten.

In der Ausführung des vorliegenden Verfahrens ist es erwünscht, eine im wesentlichen inerte Atmosphäre zwischen Trommel und der Wand oder der Zone der Wärmequelle und eine im wesentlichen reine Karburierungsmischung ohne Inertzusätze in der Trommel oder der Karburierungszone des Ofens, zu unterhalten. Weil es jedoch unmöglich ist, den Arbeitsbereich oder die Trommelatmosphäre von der Wandatmosphäre in einem Karburierungsofen zu isolieren, findet man etwas Inertgas oder Stickstoff, das in die Trommel oder in die Arbeitszone eindringt und etwas Wasserstoff, etwas von den Kohlenwasserstoffen und vom Kohlenmonoxid oder von der Karburierungsmischung, das in die Wand des Ofens übertritt. Deshalb, obwohl es wünschenswert ist, eine reine Karburierungsmischung in der Karburierungszone und ein reines Inert-

- sr -

gas in der wandseitigen Zone des Ofens zu haben, muß man annehmen, daß eine geringe Vermischung eintritt, die man jedoch akzeptieren kann, ohne sich von der Erfindung und den damit verbundenen Merkmalen zu entfernen. Weiters kann ein Inertgasträger zur Injektion des oxigenierten Kohlenwasserstoffes in der Trommel verwendet werden. Deshalb können bis zu 10% Inertzusatz in der Karburierungsmischung vorliegen.

Basierend auf bereits gezeigte Arbeiten, wie z.B. in der US-PS 4 306 918, die hier als Referenz aufgenommen wird, wurde bereits beschrieben, daß die Kohlenstoffablagerungsgeschwindigkeit erhöht wird mit einer Erhöhung des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs. Weiters, wenn man die Konzentration des Kohlenmonoxids auf 50% und Wasserstoff auf 50% in der Karburierungsatmosphäre erhöht, wird die Ablagerungsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs maximiert. Eine Erhöhung des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs kann durch die Injektion von reinem Methanol oder anderen oxigenierten Kohlenwasserstoffen in die Karburierungszone erreicht werden, worin unter Bedingungen einer entsprechenden Wärme Methanol oder der oxigenierte Kohlenwasserstoff in Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt wird. Aufgrund der höheren Konzentration des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs erhöht die Kohlenstoff-Ablagerungsgeschwindigkeit die Stärke der Kohlenstoffschicht in einer bestimmten Zeit. Alternativ kann die Zeit zur Erreichung eineW bestimmten Schichttiefe reduziert werden.

Der oxigenierte Kohlenwasserstoff ,der in der erfindungsgemäßen Karburierungsmischung verwendet wird, kann aus der Gruppe der Kohlenstoff-Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen, die bis zu 3 Kohlenstoffatome enthalten, die jedoch nicht mehr als eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung enthalten und die ein Kohlenstoff : Sauerstoff-Verhältnis von 1 : 2 und einen Siedepunkt nicht höher als 100 ⁰C aufweisen, ausgewählt werden. Beispiele dieser Art sind Alkohole, Aldehyde, Ether und Ester, wobei die bevorzugte Komponente Methanol ist. Alternative Verbindungen sind Ethanol, Acetaldehyd, Dimethylether, Methylformat und Methylacetat. Mischungen können gleichfalls verwendet werden, j

Das Kohlenwasserstoff-Anreichungsgas ist vorzugsweise Methan oder ein natür-

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liches Gas und kann jeden C.- Cg-Kohlenwasserstoff oder Mischungen derselben, enthalten.

In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden Methanol und Methan ohne eine verdünnende Menge eines Inertgases in die Trommel eingebracht. Stickstoff wird in den Wandbereich des Ofens eingeführt, um die Kohlenstoffablagerung aus einer Karburierungsatmosphäre zu vermeiden, im Unterschied zur Einführung einer endothermisehen, synthetisch-endothermisehen Atmosphäre mit Anreicherungs-Kohlenwasserstoffgas, in den Ofen, wie bislang,im Stand der Technik durchgeführt. Die Anwesenheit von Stickstoff in der Ofenwand verhindert die Rußbildung, welche typischerweise im Stand der Technik beobachtet wird, wenn die homogene endothermische oder synthetische endothermische Atmosphäre und Anreicherungsgas mit der Ofenwand in Kontakt kommen und die Kohlenstoffablagerung darauf beeinflussen. Durch die Stickstoffeinführung in die Wandseite des Karburierungsofens gemäß der Erfindung verbleiben die den Kohlenstoff ablagernden Substanzen im wesentlichen in der Trommel, wo sie im Karburierungsprozeß verwendet werden und dadurch nicht die Möglichkeit besteht, mit den Heiz-Röhren der Wandseite des Karburierungsofens in Wechselwirkung zu treten. Deshalb beobachtet man, wenn man einen derartigen Trommelofen mit diskreten Atmosphären betreibt, gleichzeitige Vorteile durch Erhöhung der Karburierungsanteile in der Karburierungszone und Abnahme der Ruß-bildenden Anteile in der Erwärmungszone oder der Wandzone mit gleichzeitiger Erhöhung der Nichtleitfähigkeit, wenn man ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, verwendet.

Das spezifische Gebiet auf dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, betrifft vorteilhafterweise einen kontinuierlichen Karburierungs-Trommelofen. Die Erfindung wird anschließend im Detail unter Bezugnahme auf einen Ofen dieser Art, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, beschrieben. Figur 1 zeigt einen kontinuierlichen Karburierungs-Trommelofen in einem Schnitt entlang der Längsachse des Ofens. Der Ofen 10 besteht aus einer äußeren,mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Wand 12, die typischerweise im Querschnitt quadratisch oder rechteckig ist. Eine ungefähr horizontal, zylindrische Trommel 14, ist innerhalb der Wand 12 des Ofens 10 plaziert. Die Trommel 14 wird so gestützt, daß sie um ihre horizontale Achse

innerhalb der Wand 12 rotieren kann. Eisenhaltige Gegenstände, die karburiert werden sollen,werden durch eine Vorderöffnung 22 in eine Beladungsoder Haltezone 16 eingeführt. Mit zunehmender Zahl der Gegenstände fallen einige der Gegenstände in die Hauptzone der Trommel 14 und werden durch die Trommel mittels helikaler Rippen 20, die an der inneren Oberfläche der Trommel ausgebildet sind und zumindest einen Teil der inneren Karburierungszone der Trommel einnehmen, transportiert. Die eisenhaltigen Erzeugnisse werden karburiert, wenn sie die Zone 18 der Trommel 14 passieren und verlassen schließlich die Trommel durch die Öffnungen 26 nahe d£r Endabgrenzung 24 der Trarmel. Die eisenhaltigen Erzeugnisse werden in einem Schacht 34 gesammelt und in einen Abschreck-Tank 36, der mit einem Ölbad 38 gefüllt ist, überführt. Die abgeschreckten und karburierten Erzeugnisse werden dann zur weiteren Behandlung durch ein Förderband 40 entfernt. Die Karburierungsatmosphäre, beispielsweise Methanol und Methan sowie Stickstoff als Trägergas, wird durch den Einlaß 28 in der Schlußbegrenzung 24 der Trommel eingeführt. Die inerte Stickstoff-Schutzatmosphäre, die die Rußbildung auf den Heizröhren 32 und auf der Oberfläche 12 des Ofens 10 vermindert, wird durch die Öffnungen 42 in der Seitenwand des Ofens 10 eingeführt. Dies ergibt eine im wesentlichen reine Stickstoffatmosphäre in der Zone der Wärmequelle 30 der Ofenwand 12. Eine derartige Stickstoffatmosphäre in der Zone 30 der Ofenwand 12 schützt die Heizröhren 32, die an j erder Seite der Trommel 14 an der Innenseite der Ofenwand 12 angebracht sind, vor dem Verrußen oder der Beschichtung durch Kohlenstoff, wobei die Karburierung die MetalIeteile der Heizröhren 32 beeinflussen könnte. Wahlweise können die Röhren irgendeine Zahl einer anderen Wärmequelle, beispielsweise ein elektrisches Heizelement, bilden. Die Anordnung der Röhren ist am besten in Figur 2 dargestellt, in der ein Querschnitt durch den Ofen 10, die Wand 12 und die Trommel 14, worin die helikalen Rippen 20 nur teilweise in die innere Zone der Trommel vorstehen, gezeigt ist und wobei die Heizröhren 32 sich außerhalb der Trommel und innerhalb zur Wand 12, befinden. Wie man aus den Zeichnungen leicht ersehen kann, sind die Oberflächen mit hoher Temperatur der Heizröhren 32 von der Karburierungszone 18 im Inneren der Trommel 14 abgetrennt, so daß eine Verbindung zwischen den Oberflächen mit hoher Temperatur der Röhren 32 und den eisenhaltigen Erzeugnissen, die karburiert werden, verhindert ist. In

einem auf diese Weise physikalisch isolierten Ofen mit diskreten Zonen für die Erwärmung und für die Karburierung, ist die Ausführung der Erfindung unter Verwendung von diskreten Atmosphären eines Inertgases und einer Karburierungsmischung am vorteilhaftesten.

Es wurden Experimente unter Verwendung der diskreten Karburierungs- und Inaktivierungs-Atmosphären der vorliegenden Erfindung in einem kontinuierlichen Trommelofen durchgeführt. Die Ergebnisse aus diesen Experimenten sind in Tabelle 1 und 2,in der Gleitstücke und Schrauben (eisenhaltige Metal !erzeugnisse aus AISI-SAE 10-18 Stahl) ähnlichen experimentellen Bedingungen unterworfen wurden. Gleitstücke sind Metallteile, die typischerweise am Boden von Möbeln angebracht werden und den hauptsächlichen Kontakt mit dem Boden bilden. Die Schrauben waren Nr. 8-18-1/2 inch mit einer speziellen Waffel kerbung. Der Test wurde in einem AGF kontinuierlichen Trommelofen betrieben mit einer Standard-Stickstoff-Methanol homogenen Gasmischung, als auch mit der erfindungsgemäßen diskreten Gasmischung und dem inaktivierenden Medium, durchgeführt. Die üblichen Betriebs-Fließgeschwindigkeiten für einen Ofen dieser Art betragen für Stickstoff 160 SCFH, für Methanol 240 SCFH, für Ammoniak 50 SCFH und für Naturgas 150 SCFH. Das Ziel der Experimente bestand darin, identische Teile zu vergleichen, die sowohl mit einer endothermisehen Atmosphäre,als auch mit dem Medium aus den diskreten, erfindungsgemäßen Atmosphären wärmebehandelt wurden. Für beide Versuchsserien gab es keine anderen Variablen als die Plazierung der Gaseinlässe in den Ofen. Die während des Versuchs konstantgehaltenen Parameter waren die Ofentemperatur, die Fließgeschwindigkeit für jedes Gas, die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel, Beladungsgröße der zu karburierenden Erzeugnisse, und die Temperatur des Abschreckölbades. Zur Kontrolle wurden Vergleichsversikhe durchgeführt, unter Verwendung einer üblichen endothermischen Atmosphäre, wobei alle Gase durch den hinteren Einlaß des Ofens eingeführt wurden. Die Fließgeschwindigkeit war ausreichend, um einen positiven Öfendruck ausrechtzuerhalten, während die endothermisehen Gasbedingungen verdoppelt wurden. Um die vorliegende Erfindung unter Verwendung von diskreten Atmosphären zu untersuchen, wurde das Inert-Stickstoff-Gas in die Seitenwand durch die vorhandenen Einlasse eingebracht, während die Karburierungsmischung durch den rückwärtigen Einlaß des Ofens zugeführt wurde. Für jede Beladung der Erzeugnisse, die karburiert oder wärmebehan-

delt werden sollten, wurden die zu untersuchenden Teile von dem aus dem Abschreckungsbad führenden Band am Ende der Trommel alle 15,Minuten, beginnend mit dem ersten aus dem Ofen austretenden Teil, entfernt. Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Rockwell-Härte-C-Skala in Abhängigkeit von der Schichttiefe für jedes untersuchte Probenstück. Die Versuche wurden bei einer Ofentemperatur von etwa 840 ⁰C - 927 ⁰C (1550 ⁰F - 1700 ⁰F) durchgeführt. Für die Schrauben, die karburiert wurden, betrug die anfängliche Ofentemperatur 898 ^CC (1650 ⁰F), die mittlere Zone des Ofens hatte eine Temperatur von 927 ⁰C (1700 ⁰F) und die Endzone des Ofens wies eine Temperatur von 840 ⁰C (1550 ⁰F) auf. Im Falle der Gleitstücke wurde der Ofen bei einer Temperatur von 898 ⁰C (1650 ⁰F), 927 ⁰C (1700⁰F) und 898 ⁰C (1650 ⁰F) für die entsprechenden Zonen entlang der Längsachse des Ofens betrieben. Die Fließgeschwindigkeiten für die verschiedenen Gase, falls verwendet, sind oben angeführt. Es versteht sich von selbst, daß während der Durchführung dieser Experimente unter Anwendung der Erfindung nur Methanol, Ammoniak und Naturgas in die Karburierungszone und Stickstoff in die Wandzone des Ofens eingebracht wurden. Dieses Verfahren wird in den Tabellen als ADP oder als Behandlung mit einem beschleunigten Karburierungsverfahren (ACP) beschrieben. Der Stand der Technik wird durch die Buchstaben EDP in den Tabellen dargestellt und enthält ein endothermisches Behandlungsverfahren. Die zu karburierenden eisenhaltigen Erzeugnisse wurden durch den Ofen mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Aufenthaltszeit von 45 +_ 2 Min. ergab. Die Testergebnisse zeigen, daß eine beträchtliche Erhöhung der wirksamen Schichttiefe vorliegt, wenn man eine beschleunigte Karburierungsatmosphäre in diskreten Atmosphärenbedingungen, beispielsweise daß die Karburierungsatmosphäre im wesentlichen auf die Karburierungszone der Trommel begrenzt ist, während die Inertatmosphäre im wesentlichen auf die Wandzone des Ofens begrenzt ist, anwendet. Es wurde auch beobachtet, daß während der Testdurchführung keine bemerkenswerte Rußbildung auf der Innenseite der Ofenwand, der Außenseite der Trommel, den Heizröhren oder auf dem Ofenboden, eintrat.

1 _ · X

-A-I

EDPI

EDPS

EDP5

- EECD

x 100

TABELLE 1

ADPl

ADP3

ADP5

in der Schichttiefe

nit ACP

ADP7

EECD

AECD

DELTA

PCTIN

I

Gleit
stück

-A-2

58.5

58.4

52.0

- EECD

EDP7

52.4

58.5

56.2

= Prozent Verbesserung

48.2

5.24390

6.55000

1.30610

24.9070

-A-3

52.7

60. S

60.9

Ί)

35.6

57.6

58.2

54.3

47.1

6.19126

6.19444

0.00319

0.0515

-B-I

57.4

58.8

SO.9

42.6

57.4

59.8

54.5

48.9

5.16071

6.60714

1.44643

28.0277

I

-B-2

56.7

59.5

52.7

39.7

56.6

58.4

55.6

48.3

5.40000

6.53425

1.13425

21.0046

-B-S

54.7

59.4

54.5

39.2

57.9

58.8

53.9

47.4

5.81081

6.20000

0.38919

6.6977

l-A-1

56.4

59.8

52.6

43.4

56.3

59.8

53.7

46.3

5.48598

6.00000

0.51402

9.3697

l-A-2

56.6

55.9

43.6

41.9

56.8

59.9

55.2

48.2

3.95935

6.48571

2.52636

63.8076

l-A-3

56.3

55.9

44.1

30.7

56.6

60.1

53.2

48.7

4.00000

6.42222

2.42222

60.5556

l-B-1

54.8

56.9

46.4

25.3

54.2

60.7

55.5

47.8

4.31429

6.42857

2.11429

49.0066

l-B-2

47.9

57.7

51.4

23.3

56.9

58.7

53.6

47.0

5.27451

6.09091

0.81640

15.4782

l-B-3

51.5

57.1

50.4

41.2

56.2

58.6

53.9

47.4

5.09756

6.20000

1.10244

21.6268

i-A-1

56.2

57.8

49.7

42.2

56.8

59.1

54.0

46.1

4.92593

6.01266

1.08673

22.0615

S-A-2

SS.5

58.9

47.8

43.1

58.0

58.5

54.8

47.3

4.60360

6.28000

1.67640

36.4149

S-A-S

55.3

58.8

44.8

26.1

57.7

57.9

52.2

45.8

4.25714

5.68750

1.43036

33.5990

S-B-I

55.7

58.1

48.4

22.5

56.5

58.8

53.3

46.9

4.67010

6.03125

1.36115

29.0060

l-B-2

54.7

57.2

44.2

25.5

57.5

57.8

52.6

45.2

4.10769

5.70270

1.59501

38.8298

S-B-S

55.8

55.2

45.7

22.5

54.7

58.9

54.0

46.2

4.09474

6.02564

1.93090

47.1558

i

7-A-l

55.5

57.1

43.9

19.8

54.3

58.8

52.2

46.0

4.07576

5.70968

1.63392

40.0887

CO

7-A-2

56.4

53.9

39.2

20.8

55.8

57.7

52.5

46.0

3.53061

5.76923

2.23862

63.4060

cn

7-A-3

57.6

55.6

39.0

17.0

55.6

57.5

52.3

47.0

3.67470

5.86792

2.19323

59.6845

-C--

7-B-l

55.2

54.1

40.6

19.8

55.8

57.6

51.9

46.2

3.60741

5.66667

2.05926

57.0842

CD

7-B-2

56.3

55.8

43.S

13.7

56.8

59.4

53.5

37.1

3.94309

5.42683

1.48374

37.6289

rsj

7-B-3

57.7

55.6

40.9

22.9

56.1

58.6

52.8

41.0

3.76190

5.47458

1.71267

45.5267

OO

9-A-1

56.9

56.1

44.9

17.3

57.5

59.9

53.8

36.3

4.08929

5.43429

1.34500

32.8908

9-A-2

58.8

54.4

39.8

20.9

56.5

56.8

52.3

43.7

3.60274

5.53488

1.93214

53.6299

9-A-3

57.4

55.9

42.2

17.1

57.7

59.0

53.8

46.0

3.86131

5.97436

2.11305

54.7235

9-B-l

56.7

54.7

44.0

17.6

55.7

58.8

52.6

46.6

3.87850

5.86667

1.98816

51.2610

9-B-2

58.2

50.5

17.7

56.3

57.7

52.3

44.8

5.03774

5.61333

0.57560

11.4257

9-B-3

58.2

58.5

50.1

24.0

53.7

57.5

52.1

45.1

S.00837

5.60000

0.59163

11.8129

11-A-I

56.3

57.4

48.1

26.2

57.9

58.9

53.7

46.2

4.59140

5.98667

1.39527

30.3888

ll-A-2

55.7

59.7

51.2

27.2

56.9

58.8

51.4

4.1

5.32000

5.38356

0.06356

1.1948

11-A-S

56.1

58.8

51.1

43.7

56.3

57.4

52.4

45.1

5.34921

5.65753

0.30833

5.7640

11-B-I

53.4

58.4

52.7

44.8

57.3

58.3

53.2

44.8

5.58696

5.76190

0.17495

3.1314

1l-B-2

56.5

56.4

40.0

43.5

56.1

58.7

54.6

47.6

3.80000

6.31429

2.51429

66.1654

11-B-3

54.8

56.8

46.2

16.6

57.6

58.2

54.8

43.7

4.28302

5.B6486

1.58185

36.9330

= Tiefe

56.7

56.5

44,9

23.1

57.3

60.9

54.5

47.1

4.12069

6.21622

2.09553

50.0038

= Tiefe

in Tausendstel,bei

15.2

der die Rockwell-Härte für

die

Endoatmosphäre bestimmt wurde.

in Tausendstel,bei

der die Rockwell-Härte für

die

ACP-Atmosphäre bestimmt wurde.

= Wirksame Schichttiefe für

ENDO

BS

= Wirksame Schichttiefe für

ACP

1

= AECD ■

= Differenz

, ACP-ENDO

2

= AECD

μμ

ι

10

η

12

13

14

IS

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

EDP1-EDP7

ADP1-ADP7

EECD

AECD

DELTA

PCTIN

1-A-l

E0P2

I

E0P4

E0P6

E0P8

=

EDPlO

TABELLE 2

ADP4

ADP6

ADP8

AOPlO

EECD

Verbesserung

mit ACP

AECO

DELTA

PCTIM

I

l-A-2

60.B

S7.1

S2.4

SO.2

)0 =

47.1

A0P2

59.2

56.3

51.7

49.3

8.12903

9.4167

1.28763

15.840

BS Schrauben

1-B-l

60.1

I

57.9

63.5

50.0

46.3

60.8

58.3

54.5

51.1

49.1

8.00000

9.1000

1.10000

13.750

1

1-B-2

59.8

58.1

63.0

50.1

47.3

60.3

58.6

55.4

47.7

44.8

8.07143

7.4026

-0.66883

-8.286

2

1-C-1

60.0

56.6

52.5

49.8

47.0

59.8

56.9

51.4

51.7

49.4

7.85185

9.4783

1.62641

20.714

I

3

l-C-2

60.7

I

57.2

S3.0

SO.3

48.0

60.0

56.6

53.5

48.5

47.6

8.26087

7.4000

-0.86087

-10.421

4

3-A-l

60.2

I

58.1

53.4

50.1

47.6

59.0

56.9

53.0

49.1

47.4

8.08000

7.5385

-0.54154

-6.702

S

3-A-2

58.2

55.5

51.2

47.8

46.1

54.7

56.8

52.6

47.5

45.5

6.70588

7.0196

0.31373

4.678

6

3-8-1

58.4

55.7

51.6

48.3

46.1

59.5

57.6

52.8

48.0

45.9

6.96970

7.1667

0.19697

2.826

7

3-B-2

56.5

56.8

53.0

48.9

47.1

59.9

57.1

53.1

50.1

47.3

7.46341

8.0714

0.60801

8.147

8

3-C-l

59.1

57.0

52.0

49.2

46.3

59.8

57.6

53.6

51.5

49.3

7.42857

9.3636

1.93506

26.049

9

3-C-2

59.1

58.4

53.5

49.2

46.9

59.6

58.6

_#

54.6

50.0

7.62791

10.0000

2.37209

31.098

10

B-A-I

60.3

56.9

52.0

47.9

45.7

58.7

57.0

53.7

49.7

46.9

6.97561

7.8500

0.87439

12.535

11

S-A-2

58.S

56.6

52.2

48.3

45.8

59.8

56.2

51.9

48.5

46.9

7.12821

7.1176

-0.01056

-0.148

12

5-B-1

60.3

58.0

51.6

48.6

45.7

58.3

55.9

51.9

48.0

46.3

7.06667

6.9744

-0.09231

-1.300

13

5-B-2

57.1

!

54.3

51.1

48.6

46.3

58.9

56.5

52.2

48.8

46.8

6.88000

7.2941

0.41412

6.000

14

S-C-I

57.C

1

53.9

50.0

47.7

45.9

56.2

55.9

52.2

49.2

46.6

6.00000

7.4667

1.46667

24.444

15

5-C-2

59.1

I

57.B

53.1

49.8

47.3

58.1

56.4

52.4

50.1

47.9

7.87879

8.0909

0.21212

2.692

16

7-A-l

58.1

S

60.0

SS.3

50.9

48.3

58.4

57.4

53.4

50.6

47.8

8.69231

8.4286

-0.26374

-3.034

17

7-A-2

59. (

1

55.9

50.2

46.3

44.4

58.6

59.7

56.1

53.3

50.5

6.10256

10.2759

4.17334

68.387

18

7-B-1

60.1

1

58.0

52.4

49.1

46.4

60.2

58.8

57.3

53.6

50.4

7.45455

10.2500

2.79545

37.500

19

7-8-2

52.1

»

58.0

53.0

48.7

44.7

60.4

56.1

52.6

50.6

47.3

7.39535

8.3636

0.96829

13.093

OJ

20

7-C-1

59.1

= Tiefe

S7.2

52.3

48.2

45.7

57.5

56.3

53.1

50.3

47.0

7.12195

8.1818

1.05987

14.882

cn

21

7-C-2

57.1

= Tiefe

S3.7

48.6

45.9

44.1

58.6

54.3

51.0

47.9

45.9

5.45098

6.6452

1.19418

21.908

■!>·

22

9-A-1

57.«

54.7

49.5

46.3

44.5

58.2

54.0

51.7

48.7

45.8

5.80769

7.1333

1.32564

22.826

CD

23

9-A-2

58.!

54.4

49.1

47.1

40.8

57.8

54.4

49.7

47.6

46.7

5.66038

5.8723

0.21196

3.745

ro
OO
ro

24

9-B-1

58.!

S7.8

52.6

48.6

46.4

56.3

53.7

51.1

47.6

46.1

7.30000

6.6286

-0.67143

-9.198

25

9-B-2

57.1

53.1

47.4

44.4

43.2

58.2

56.8

52.8

49.8

47.1

5.08772

7.8667

2.77895

S4.621

26

9-C-1

56.«

S2.2

47.1

43.7

42.2

58.7

55.9

52.5

48.2

4S.6

4.86275

7.1628

2.30005

47.299

27

9-C-2

58.1

SS.6

51.6

48.7

46.1

58.2

56.7

52.4

48.5

46.0

7.07143

7.2308

0.15934

2.253

28

11-A-I

S7.i

S2.9

49.0

45.7

44.6

58.3

55.0

51.7

48.0

46.0

5.48718

6.9189

1.43174

26.092

29

1l-A-2

se.«

64.6

48.2

45.3

44.4

58.2

56.1

51.7

48.7

46.9

5.43750

7.1333

1.69583

31.188

30

11-B-I

59.:

53.9

48.S

46.7

44.9

58.0

53.9

50.9

47.5

45.8

5.44444

6.5294

1.08497

19.928

31

11-8-2

57.1

S4.4

49.6

47.1

45.5

57.9

56.4

52.2

48.7

45.9

5.83333

7.2S71

1.42381

24.408

32

11-C-l

57.

S2.4

47.3

47.0

44.4

58.4

56.2

52.3

49.9

46.7

4.94118

7.9167

2.97549

60.218

33

1l-C-2

59.1

54.3

SO.3

46.2

44.1

46.1

55.5

51.1

47.8

44.8

6.14634

6.6667

0.52033

8.466

34

EDP2-EDP10

60.

SS.7

49.2

46.3

44.2

58.8

54.8

50.7

48.1

45.5

5.75385

6.5385

0.78462

13.600

35

LLTb 1—L/l I \J
ADP2-ADP10

in

Tausendstel,

bei der

54.0

die Rockwell

-Härte

für die

Endoatmosphäre

bestimmt

wurde.
1

36

EECD

in

Tausendstel,

bei der

die Rockwell-Härte

für die

ACP-Atmosphäre

bestimmt

wurde.

AECD

= Wirksame

Schichttiefe

für ENDO

= Wirksame

Schichttiefe

für ACP

= AECD

- EECD

Differenz in der Schichttiefe, ACP-ENDU

Γ» L. \j LJ
DELTA

= AECD

- EECD χ 1C

Prozent

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Basierend auf den Ergebnissen der Tabelle 1 und 2 wurde eine statistisch signifikante Erhöhung in der effektiven Schichttiefe sowohl für die Gleitstücke als auch für die Schrauben als Erzeugnisse der Karburierungsbehandlung erzielt, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren anwendete im Gegensatz zu der synthetischen endothermisehen Atmosphäre aus dem Stand der Technik. Die durchschnittliche Erhöhung der effektiven Schichttiefe für die Gleitstücke betrug 1,413 tausendstel eines inch und die durchschnittliche Erhöhung in der wirksamen Schichttiefe für die Schrauben betrug 1,005 tausendstel eines inch. Für die Gleitstücke beträgt die durchschnittliche prozentuale Erhöhung in der wirksamen Schichttiefe unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, verglichen zu der endothermisehen Atmosphäre aus dem Stand der Technik 33,7%. Für die Schrauben beträgt die durchschnittliche prozentuelle Erhöhung in der wirksamen Schichttiefe unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu den endothermisehen Atmosphären aus dem Stand der Technik 16,34%. Die vorliegende Erfindung zeigt deshalb eine bemerkenswerte Erhöhung der Karburierungsfähigkeit eines kontinuierlichen Trommelofens oder anderer Ofenkonstrutionen,in denen die Karburierungszone von der Zone mit der Wärmequelle abgetrennt ist. Diese Erhöhungen in der Karburierung, die durch experimentelle Ergebnisse bezüglich der karburierten Erzeugnisse enthaltend Gleitstücke und Schrauben gezeigt wurden, zusammen mit der beobachteten Abwesenheit der Rußbildung in der Ofenwand,als auch in der zu bedenkenden Wärmeeinsparung durch das inerte Schutzmedium zwischen der Karburierungszone und der Ofenwand, ergeben ein gemeinsames und nicht erwartetes Merkmal auf dem Gebiet der Karburierung von eisenhaltigen Teilen.

Die Versuche wurden in einem Trommelofen, hergestellt von Atmosphere Furnace Co., durchgeführt, um den Kohlenmonoxid-und Wasserstoffgehalt in der Zone der Wärmequelle der Ofenwand im Falle der Ausführung der Erfindung, wobei Methanol und Methan in die Trommel und Stickstoff in den Wandbereich eingebracht wurden, zu bestimnen. Basierend auf den über einen bestimmten Zeitraun an verschiedenen Punkten in der Wand durchgeführten Messungen, lag der Kohlenmonoxidwert im Bereich von 7 - 8%, während die Stickstoffwerte im Bereich von 4-10% lagen. Dieses Ergebnis zeigt die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung,im wesentlichen die Karburierungsatmosphären aus der Zone

der Wärmequelle oder der Wand eines Trommelofens auszuschließen. Dies ist im Gegensatz zur bekannten Situation, in der mit einer exemplarischen, endothermisehen Atmosphäre Kohlenmonoxidwerte bis zu 20% und Wasserstoffwerte bis zu 40%, gemessen wurden.Diese Differenz kann in eine beträchtliche Verminderung der unerwünschten Kohlenstoffabiagerung und Karburrierung des Ofenaufbaus mit der Ausführung der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Techniken, übertragen werden. Nachdem wir unsere Erfindung beschrieben haben, wird das,was durch Patent unter Schutz gestellt werden soll, in den anschließenden Ansprüchen ausgeführt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen Metallerzeugnissen in
einem Ofen, in dem die Zone der Wärmequelle physikalisch von der Karburierungszone, in der die Erzeugnisse behandelt werden, getrennt ist.
dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen Inertgas-freie Karburierungs-Gas-Mischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas in die
Karburierungszone einführt, während man ein, im wesentlichen Karburierungsmischungs-freies Inertgas in die Zone, in der sich die Wärmequelle befindet, einführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas Methan ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas Ethan ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas Propan ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Stickstoff ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein kontinuierlicher Trommelofen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine Trommel, in die man die Karburierungsmischung einführt und eine Ofenwand aufweist, die die Wärmequelle enthält, in die man das Inertgas einführt,

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den oxigenierten Kohlenwasserstoff auswählt aus der
Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aldehyden, Ester,Ether und Mischungen

derselben mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß der oxigenierte Kohlenwasserstoff Methanol ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß die Karburierungsmischung Methanol, Methan und bis zu 10 Vol.% eines Inertgases enthält.