DE3707003A1 - Verfahren zum aufkohlen eines werkstueckes aus stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Aufkohlen eines Werkstückes aus Stahl, insbesondere aus Einsatzstahl, auf einen vorgegebenen Randkohlenstoff-Sollwert in einem Wirbel­ schichtofen, wobei in einer ersten Aufkohlungsstufe mit einem ersten Aufkohlungsgas gearbeitet wird, dessen Kohlenstoffgehalt höher liegt, als dem Randkohlenstoff-Sollwert entspricht, und dessen C-Pegel ober­ halb der Rußgrenze liegt, wobei ein Randkohlenstoff-lstwert erzeugt wird, der über dem vorgegebenen Randkohlenstoff-Sollwert liegt, wo­ bei danach im gleichen Wirbelschichtofen eine Diffusionsbehandlung des Werkstückes durchgeführt und der Randkohlenstoff-Istwert abge­ baut wird, - undsoweiterfort mit erneuter Aufkohlung mit einem ersten Aufkohlungsgas und Diffusionsbehandlung.

Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (DE 35 07 527) erfolgt die Diffusionsbehandlung mit einem Inertgas. Das läßt eine sehr ge­ naue Einstellung des Randkohlenstoffgehaltes auf einen vorgegebenen Randkohlenstoff-Sollwert zu. Wenn gleichzeitig die Aufkohlungstiefe genau vorgegeben ist, können jedoch in bezug auf die Genauigkeit der Einstellung beider Parameter Schwierigkeiten entstehen, weil die Parameter physikalisch gekoppelt sind. Insbesondere verlangt die Einstellung größerer Aufkohlungstiefen verhältnismäßig lange Behand­ lungszeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Ver­ fahren so zu führen, daß sowohl der Randkohlenstoffgehalt als auch die Aufkohlungstiefe, insgesamt also das Aufkohlungsprofil, weitgehend unabhängig voneinander sehr genau und in kurzen Behandlungszeiten eingestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Diffusions­ behandlung ebenfalls mit einem Aufkohlungsgas durchgeführt wird, welches einen C-Pegel oberhalb der Rußgrenze aufweist, und daß die beschriebene Folge von Aufkohlungsbehandlung und Diffusionsbehand­ lung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Aufkohlungstiefe wieder­ holt und durch den letzten Diffusionsvorgang der Randkohlenstoff- Sollwert eingesetzt wird. - Erfindungsgemäß wird mit dem Kohlenstoff­ gehalt des Aufkohlungsgases für die Diffusionsbehandlung ein weite­ rer Parameter eingeführt, der die im Rahmen der bekannten Maßnah­ men störende Kopplung der Parameter weitgehend auflöst. Erfindungs­ gemäß wird während der Diffusionsbehandlung aus dem Aufkohlungs­ gas Kohlenstoff nachgeliefert, der zur Aufkohlungstiefe beiträgt. ln den Aufkohlungsstufen ist der Kohlenstoffübergang aus der Gasphase größer als der Kohlenstofftransport durch Diffusion in dem Werkstück, was zu einem Ansteigen des Randkohlenstoffgehaltes führt. Die Diffu­ sionsbehandlung wird mit einem Aufkohlungsgas durchgeführt, bei dem der Kohlenstoffübergang aus der Gasphase kleiner ist als der Kohlenstofftransport in dem Werkstück durch Diffusion, was den Randkohlenstoffgehalt reduziert. (Zu den Begriffen Kohlenstoffüber­ gang, Diffusion vergl. Merkblatt "Stahl" 452, 1881, S. 4, 5.)

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile werden im folgenden an­ hand einer graphischen Darstellung ausführlicher erläutert. Diese zeigt auf der Ordinatenachse den Kohlenstoffgehalt im Randbereich eines Werkstückes, auf der Abszissenachse den Abstand von der Ober­ fläche.

In der graphischen Darstellung erkennt man zunächst eine erste, ausgezogene Kurve 1, die den Kohlenstoffgehalt im Randbereich des Werkstückes nach Abschluß der ersten Aufkohlungsstufe darstellt. Aus dieser Kurve 1 wird bei der Diffusionsbehandlung die gestrichelte Kurve 2. Auch bei der Diffusionsbehandlung wurde mit einem Aufkoh­ lungsgas gearbeitet, welches einen C-Pegel oberhalb der Rußgrenze aufwies. Allerdings war der Kohlenstoffgehalt in diesem Aufkohlungs­ gas für die Diffusionsstufe gegenüber dem Kohlenstoffgehalt im ersten Aufkohlungsgas, d. h. dem Gas für die erste Aufkohlungsstufe, be­ achtlich reduziert. Im Anschluß wurde iterierend immer wieder auf­ gekohlt auf den schon angegebenen Randkohlenstoff-Istwert und an­ schließend eine Diffusionsbehandlung durchgeführt. Bei diesen Auf­ kohlungsbehandlungen ergaben sich die mit 3 und 5 gekennzeichneten, ausgezogenen Kurven. Die anschließenden Diffusionsbehandlungen führten zu den gestrichelten Kurven 4 und 6 und damit zu dem ange­ strebten Aufkohlungsprofil. - Arbeitet man in den Diffusionsstufen mit einem lnertgas, so läßt sich in vorgegebener Zeit das in der graphischen Darstellung mit 6 bezeichnete Aufkohlungsprofil nicht herstellen, auch kommt man nicht zu der angestrebten Genauigkeit für die Aufkohlungstiefe.

Der Vorgang insgesamt kann mit sehr kurzen Behandlungszeiten durch­ geführt werden, weil mit Kohlenstoffpegeln oberhalb der Rußgrenze gearbeitet wird.

Claims (1)

1. Verfahren zum Aufkohlen eines Werkstückes aus Stahl, insbesondere aus Einsatzstahl, auf einen vorgegebenen Randkohlenstoff-Sollwert in einem Wirbelschichtofen,
   wobei in einer ersten Aufkohlungsstufe mit einem ersten Auf­ kohlungsgas gearbeitet wird, dessen C-Pegel oberhalb der Ruß­ grenze liegt, und ein Randkohlenstoff-lstwert erzeugt wird, der über dem vorgegebenen Randkohlenstoff-Sollwert liegt,
   wobei danach im gleichen Wirbelschichtofen eine Diffusionsbehandlung des Werkstückes durchgeführt und der Randkohlenstoff-lstwert abge­ baut wird, - undsoweiterfort mit erneuter Aufkohlung mit einem ersten Aufkohlungsgas und Diffusionsbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsbehandlung eben­ falls mit einem Aufkohlungsgas durchgeführt wird, welches einen C-Pegel oberhalb der Rußgrenze aufweist, und daß die beschriebene Folge von Aufkohlungsbehandlung und Diffusionsbehandlung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Aufkohlungstiefe wiederholt und durch den letzten Diffusionsvorgang der Randkohlenstoff-Sollwert eingestellt wird.