DE4343927C1

DE4343927C1 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken unter Behandlungsgas

Info

Publication number: DE4343927C1
Application number: DE4343927A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Ing Jurmann; Reinhard Dipl Ing Strigl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2013-12-23
Also published as: CZ326294A3; ITMI942516A0; FR2714075A1; AT404139B; ITMI942516A1; IT1271268B; ATA233394A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung, insbes. Aufkohlung, metallischer Werkstücke in einem Ofen unter hohen Temperaturen und in einer Gasatmosphäre, bei dem die zugehörige Gasatmosphäre durch Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgases, insbesondere von Erdgas oder Propan, mit einem weite ren, elementaren Sauerstoff enthaltenden Medium, insbesondere Luft, erzeugt wird (Endogasverfahren), wobei diese Umsetzung gegebenenfalls unterstützt durch eine Generator- oder Katalysatoreinrichtung beim oder im Ofen durchgeführt wird und wobei gegebenenfalls der Atmosphäre zusätzlich ein Anreicherungsmittel zur geeigneten Einstellung des Kohlenstoffpegels zugeführt wird.

Von dem mit der einleitenden Charakterisierung umfaßten, klassischen Generator- Endogasverfahren zum Aufkohlen, entkohlenden und kohlungsneutralen Wärmebe handeln von Gut ist es bekannt, daß ein für die genannten Behandlungen geeignetes Behandlungsgas durch unterstöchiometrische Verbrennung von bspw. Erdgas oder Propan mit Luft bei Zufuhr großer Mengen an Hilfsenergie erzeugbar ist. Bei anderen gängigen Verfahren auf der Basis der gleichen Ausgangsstoffe wird das Behandlungsgas durch eine oder mehrere im Wärmebehandlungsofen angeordnete Katalysatorretorten und dortige Umsetzung der besagten Ausgangsstoffe hergestellt (siehe hierzu z. B. Fachartikel "Grundsätzliche Voraussetzungen für die Verringerung des Gasverbrauchs bei der geregelten Gasaufkohlung" aus HTM 35/1980 Nr. 5, Seiten 230 bis 237, insbes. Kap. 1.1 sowie z. B. DE-OS 23 63 700 oder EP-PS 0 261 461). Ferner ist es grundsätzlich und beispielsweise aus dem Fach artikel "Verfahrens- und Anlagentechnik der Gasaufkohlung" aus HTM 45/1990, Nr. 2, Seiten 119 bis 128 bekannt, daß eine Gasaufkohlung durch eine zusätzliche Zugabe von Methan oder dergleichen weitergehend und auch geregelt ausgeführt werden kann (= Anreicherung). Dabei wird mittels der CH₄-Zugabe durch die Aufkohlungsreaktion gebildetes Kohlendioxid gemäß

CH4 + CO2 → 2 CO + 2 H2

zu Kohlenmonoxid zurückgebildet. Ebenso sind in jüngerer Zeit Verfahren bekannt geworden, die eine geeignete Ofenatmosphäre durch Direkteinspeisung eines Erd gas-Luft-Gemisches in einen Ofen erzielen, die also ohne Generator oder Katalysa tor arbeiten (siehe HTM 46/1991 Nr. 4, Seiten 248 bis 253).

Betrachtet man die oben beschriebenen Verfahren anhand der die Atmosphäre liefernden Umsetzungsreaktionen näher, also z. B. anhand von

2 CH4 + O2 + 4 N2 → 2 CO + 4 H2 + 4 N2 und
C3H8 + 1,5 O2 + 6 N2 → 3 CO + 4 H2 + 6 N2,

so kann festgestellt werden, daß die gebildeten Atmosphären ein CO-zu-H2-Ver hältnis von 1 bzw. 1,5 zu 2 und einen Stickstoffanteil von 40 bzw. ca. 46% auf weisen. Dabei ist anzumerken, daß z. B. für Aufkohlungsprozesse insbesondere Atmosphären, bei denen das Produkt p_CO × p_H2 ein Maximum annimmt, also das CO-zu-H2-Verhältnis 1 zu 1 ist, und bei denen der Stickstoffanteil niedrig liegt besonders vorteilhaft sind (siehe oben zitierten Fachartikel "Grundsätzliche Voraussetzungen . . . ", S. 231). Stickstoffarme Atmosphären mit dem optimalen CO-zu-H2-Verhältnis von 1 zu 1 auf einfache und auf der Basis bekannter, insbesondere auf einer Umsetzung von Luft und einem Kohlenwasserstoffgas (KW-Gas) beruhender Verfahren auszubilden, ist jedoch eine bislang nicht befriedigend gelöste Aufgabe (siehe z. B. DE 41 10 361 A1 - aufwendige Vorge hensweise).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nunmehr dadurch gelöst, daß zumindest während eines Abschnitts einer Wärmebehandlung wenigstens teilweise anstelle des elementaren (nichtgebundenen) Sauerstoff enthaltenden Mediums (welches in der Regel Luft ist) Kohlendioxid (CO2) zur Atmosphärenbildung herangezogen wird, wobei das Kohlendioxid in einer zur Umsetzung der gegebenen Kohlenwasser stoffgasquantität geeigneten Menge anstelle des entsprechend vermindert zuge führten Sauerstoff enthaltenden Mediums zum jeweiligen Umsetzungsaggregat - oder dem Ofen direkt - zugeleitet wird.

Aus ökonomischen Gründen wird die CO2-Zugabe mit Vorteil nicht über einen ge samten Wärmebehandlungsablauf hinweg ausgeführt, sondern diese wird gemäß einer Kosten-Nutzen-Abwägung günstigerweise höchsten bis zu 80% der Zeitdauer eines Behandlungsvorgangs ausgedehnt, während im verbleibenden eine Atmo sphäre allein aus Kohlenwasserstoffgas und Luft gebildet wird. In nahezu allen Wär mebehandlungen lassen sich alle erzielbaren Vorteile bereits auf diese Weise erhalten.

Der Effekt der CO2-Zugabe wird im Beispielfall des Kohlenwasserstoffgases Methan (Erdgases besteht überwiegend aus Methan) an folgenden Gleichungen sichtbar:

2 CH4 + O2 + 4 N2 → 2 CO + 4 H2 + 4 N2
2 CH4 + 1/2 O2 + 1 CO2 + 2 N2 → 2 CO + CO + 4 H2+ 2 N2
2 CH4 + 2 CO2 + 0 N2 → 2 CO + 2 CO + 4 H2.

Es ist erkennbar, daß mit steigendem Einsatz von Kohlendioxid anstelle von Luft (= O2 + 4 N2) ein stickstoffärmeres Behandlungsgas entsteht, welches da rüber hinaus ein mehr und mehr gegen 1 zu 1 gehendes Verhältnis von CO zu H2 aufweist. Diese Tendenzen besitzen Vorteile, wie sie dem bereits oben zitierten Fachartikel entnehmbar sind (bspw. eine hohe Kohlenstoffübergangszahl β). Dem gegenüber steht jedoch der nachteilige Umstand, daß das erfindungsgemäße Vorgehen die Bereitstellung eines zusätzlichen, kostenverursachenden Ausgangs stoffes, nämlich des Kohlendioxids, bedingt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der erfindungsgemäße Vorschlag in der Praxis dennoch eine vorteilhafte Option darstellt, da sich einerseits die Kostensteigerung durch das CO2 bei geschicktem und limitiertem Einsatz in Grenzen hält, während andererseits Vorteile bei Aufkoh lungen - erhöhte Aufkohlungsgeschwindigkeit - ebenso wie bei sonstigen Glühbehandlungen erzielbar sind. Im übrigen sind in Verbindung mit der Erfindung - neben dem geeigneten Anschluß einer CO2-Quelle an der Luftzuführung und einer einfachen Zusatzsteuerung - keine weitergehenden Veränderungen an vorhan denen Behandlungsanlagen vorzunehmen, so daß sich der erfindungsgemäß notwendige Aufwand in vertretbaren Grenzen hält.

Mit Vorteil wird gemäß der Erfindung gleichzeitig zur Einschaltung der CO2-Zu gabe und der Verminderung der Luftzufuhr eine erhöhte Zufuhr von Kohlenwasser stoffgas (KW-gas) eingeleitet, wobei die Gesamtzugabemengen von CO2 und von KW-Gas dabei nach wie vor stöchiometrisch aufeinander abgestimmt sind. Dadurch ergibt sich beispielsweise im Falle des Methans mit einer 25%igen Erhöhung der Kohlenwasserstoffgaszufuhr eine Atmosphäre gemäß

2,5 CH4 + 0,5 O2 + 1,5 CO2 + 2 N2 → 2 CO + 2 CO + 5 H2 + 2 N2.

Es wird damit also eine deutlich vergrößerte Menge an Produktgas als bei kon stanter KW-gaszufuhr erhalten (vgl. mittlere Reaktionsgleichung oben), wodurch beispielsweise problemlos eine der ursprünglich mit Luft erzeugte Atmosphärengas menge etwa entsprechende Gasmenge hergestellt werden kann. Auf diese Weise ist es also möglich, auf der Basis von CO2 eine mengenmäßig ausreichende oder sogar gesteigerte Versorgung von Wärmebehandlungen mit Behandlungsgas zu bewerkstelligen.

Die grundsätzlich verfügbare Luft kann gemäß vorliegender Erfindung bei laufender CO2-Zufuhr entweder teilweise oder auch vollständig abgeschaltet werden. Häufig ist, wie festgestellt wurde, insbesondere sogar die völlige Einstellung der Luftzufuhr in der CO2-Zugabephase vorteilhaft, beispielsweise beim kohlungsneutralen Glühen hochkohlenstoffhaltiger Werkstücke (z. B. ein 100Cr6-Werkstoff), da dann die Zu gabe von Fettungsgas weitgehend entfallen kann, wobei hierbei vorteilhafterweise insbesondere im Mittelteil der Glühbehandlung ein relativ langer CO2-Einsatz erfolgt.

Besondere Vorteile werden mit der Erfindung speziell im Falle einer aufkohlenden Wärmebehandlung und dabei insbesondere dann erhalten, wenn dort im einleiten den, unter Umständen nur etwa 5 oder auch bis zu 70% der Gesamtbehandlungs dauer umfassenden Hochkohlungsabschnitt dieser Behandlung CO2 zur Atmo sphärenbildung herangezogen wird, während im verbleibenden die Atmosphä renbildung ohne CO2-Zugabe erfolgt.

Hierbei ist nochmals an die bereits gezeigten Reaktionsgleichungen zu erinnern, aus denen ersichtlich ist, daß mit der Erfindung ein CO-zu-H₂-Verhältnis im sich ergebenden Behandlungsgas von besser als 1 zu 2 erhalten wird, womit man sich dem theoretisch für eine Aufkohlung optimalen Verhältnis von 1 : 1 annähert. Damit einher geht, daß dann eine günstige Kohlenstoffübergangszahl β vorliegt.

Diese Kohlenstoffübergangszahl β einer Atmosphäre ist für eine Aufkohlung und vor allem deren Initialisierungsphase von großer Bedeutung, da in dieser anfäng lichen Phase die jeweiligen Werkstücke noch die relativ niedrigsten C-Anteile in den Oberflächenschichten aufweisen und daher die C-Aufnahme dieser Werkstücke in dieser Phase sehr wesentlich von der C-Anlieferung abhängt, für die wiederum die besagte C-Übergangszahl ein Maß ist. In zeitlich später liegenden Abschnitten einer Aufkohlung tritt die Bedeutung dieser C-Anlieferung allerdings zunehmend in den Hintergrund, da dann die Randschichten der aufzukohlenden Werkstücke einen abgesättigten Kohlenstoffgehalt erreicht haben und die Aufkohlungsgeschwindigkeit im weiteren von der Abdiffusion des Kohlenstoffs von der Oberfläche ins Werkstückinnere dominiert wird. Daher ist in späteren Phasen einer Aufkohlung die C-Übergangszahl β für die Aufkohlungsgeschwindigkeit nicht mehr von so großer Bedeutung, und es kann, wie auch erfindungsgemäß vorgesehen, auf eine Atmosphäre mit niedrigerer β-Zahl umgestellt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch zeitlich entsprechend angeordnete Beendigung der erfindungsgemäßen CO2-Zugabe unter gleichzeitiger Wiedereinschaltung oder Erhöhung der üblichen Luftzufuhr.

Für die Kohlenstoffübertragungsfähigkeit einer Gasatmosphäre ist neben dem Mengenverhältnis des Kohlenmonoxids zum Wasserstoff auch der Stickstoffgehalt der Atmosphäre wesentlich. Die größten Vorteile hinsichtlich eines schnellen Aufkohlungsprozesses werden mit einer Atmosphäre erzielt, die keinerlei Stickstoff enthält. Daher wird gemäß der Erfindung in der wichtigen Initialisierungsphase einer Aufkohlung bevorzugt eine völlig stickstofffreie Atmosphäre angestrebt, welche durch eine Atmosphärenbildung ohne Luftzufuhr gemäß

CH4 + CO2 → 2 CO + 2 H2

erhalten wird. Auf diese Weise ergibt sich also eine vollkommen stickstofffreie Auf kohlungsatmosphäre, die darüber hinaus das optimale CO-zu-H2-Verhältnis von 1 zu 1 aufweist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert:
In einem Kammerofen sollen Stahlwerkstücke, beispielsweise Zahnräder, in einer etwa zweieinhalbstündigen Aufkohlungsbehandlung mit einer harten Außenschicht versehen werden, die eine Einhärtungstiefe von ca. 0,6 mm besitzt. Dies kann grundsätzlich mit einer Behandlungsatmosphäre erfolgen, die in vorbekannter Weise auf der Basis von Erdgas und Luft entweder und mittels eines externen Gasgenerators oder mittels eines in der Ofenkammer angeordneten Katalysa toreinsatzes erzeugbar ist. Dabei wird das Erdgas und die Luft gemäß

2 CH4 + 1 O2 + 4 N2 → 2 CO + 4 H2 + 4 N2

in eine N2 sowie CO und H2 enthaltende Trägergasatmosphäre umgesetzt, wobei diese Atmosphäre ein CO-zu-H₂-Verhältnis von 1 zu 2 aufweist. Mit dieser Atmosphäre handelt es sich um die allgemein sehr gebräuchliche, sogenannte Endogasatmosphäre mit 20% CO, 40% H₂ und 40% N₂. Bei einer mittleren Ofengrößen sind für einen effektiven Aufkohlungsablauf mit dieser Atmosphäre z. B. etwa 10 Kubikmeter (cbm) Gesamtmenge Behandlungsgas pro Stunde zuzuführen, wobei hierzu 2 cbm Erdgas und 5 cbm Luft als Ausgangsmengen notwendig sind.

Über diese grundsätzliche Atmosphärenbereitstellung hinaus ist ganz allgemein die Einstellung dieser Atmosphäre hinsichtlich des C-Pegels erforderlich. Dazu ist die Zugabe eines weiteren Mediums, nämlich die eines Anreicherungsgases, bspw. Erdgas, notwendig, welche bei der beschriebenen 10-cbm-Endogasatmosphäre mit etwa 0,25 cbm pro Stunde anzusetzen ist. Die Zugabe des Anreicherungsmittels erfolgt abgetrennt von der Zufuhr des Behandlungsgases und sie wird üblicherwei se geregelt unter Messung einer signifikanten Größe der Behandlungsatmosphäre ausgeführt. Beim gesamten Aufkohlungsprozeß sind ferner günstigerweise Ofen temperaturen im Bereich von 800 bis 1050°C, vorzugsweise Temperaturen von 850 bis 950°C, einzustellen. Eine in vorbekannter Weise gefahrene Aufkohlung würde dann z. B. in der Weise ausgeführt, daß die beschriebene Endogasatmo sphäre mit einer geeigneten C-Pegeleinstellung über einen gesamten Aufkohlungs prozeß gleichbleibend aufrechterhalten würde.

Gemäß der Erfindung wird jedoch ein Aufkohlungsprozeß wie folgt durchgeführt:
Nach Beendigung einer vorhergehenden Aufkohlung und bei der Zufuhr einer neuen Charge von aufzukohlenden Werkstücken ist in einem Ofen beispielsweise eine Standard-Endogasatmosphäre voreingestellt. Kurze Zeit nach der Beschickung und bereits vor der vollständigen Annäherung der zu behandelnden Werkstücke an die endgültige Behandlungstemperatur wird nunmehr erfindungsgemäß die Atmosphä renerzeugung in der Weise umgestellt, daß die Luftzufuhr zum Gasgenerator oder zur Katalysatorretorte völlig eingestellt wird, während gleichzeitig mit der Zufuhr von ca. 2,5 cbm CO2 und mit einer um ca. 25% erhöhten Zufuhr von KW-gas, hier Methan, begonnen wird. In der Folge wird also ein Behandlungsgas gemäß

2,5 CH4 + 2,5 CO2 → 5 CO + 5 H2

erzeugt (Zusammensetzung: 50% CO, 50% H2), wobei die Produktgasmenge der vorher erzeugten Endogasmenge entspricht. Prinzipiell kann die Produktgas menge im Vergleich zur vorherigen Endogasmenge auch etwas erhöht oder erniedrigt werden kann, wobei sich dies nach den jeweiligen Verhältnissen und Wünschen richtet. Eine Erhöhung der Gasflußmenge liefert dabei grundsätzlich hinsichtlich der vorhandenen Abläufe einen zusätzlich beschleunigenden Effekt und ist vor allem auch bei großen Chargenoberflächen vorteilhaft. Generell ist jedoch auch bei der umgestellten Atmosphäre die Anreicherung geeignet aufrecht zuerhalten, wobei dies - wie üblich - über die Messung des Sauerstoffpotentials, des CO2-Gehalts oder des Taupunkts der jeweiligen Atmosphäre und die ent sprechende Erdgaszufuhr erfolgen kann (siehe z. B. mehrfach zitierten Fachartikel, S. 236).

Auf die geschilderte Weise werden also aus ca. 2,5 cbm CH₄ und ca. 2,5 cbm CO₂ pro Stunde 10 cbm stickstofffreie Aufkohlungsatmosphäre pro Stunde gebil det, wobei diese Atmosphäre aufgrund ihres 1 zu 1 betragenden CO-zu-H2- Verhältnisses eine extrem hohe Kohlenstoffübergangszahl β aufweist (β_theor. = 3,1 _* 10^-5 m/s).

Mit dieser Basisatmosphäre wird also gemäß der Erfindung die Aufkohlung der besagten Werkstücke eingeleitet und diese im folgenden bis zu einem Zeitpunkt weitergeführt, an dem durch den hohen Kohlenstoffeintrag dieser Atmosphäre kei ne weitere Beschleunigung der Aufkohlungsgeschwindigkeit mehr erreicht werden kann. Dies ist bekanntermaßen dann der Fall, wenn die Randschichten der aufzu kohlenden Werkstücke einen abgesättigten Kohlenstoffgehalt angenommen haben (kurz vor der Karbidbildung - Fe₃C) und die weitere Aufkohlung dann nur mehr von der Abdiffusion des Kohlenstoffs von der Oberfläche ins Werkstückinnere bestimmt wird. Insbesondere bei großen Einhärtetiefen wird diese Diffusion letztlich für die gesamte Aufkohlungsdauer bestimmend, während bei geringen Einhärtetiefen die schnellen Randaufkohlung, also der effiziente Kohlenstoffübertrag, die insgesamt dominierende Rolle spielt.

In einer abgewandelten Version kann die beschriebene Aufkohlung erfindungs gemäß auch mit einer anfänglichen Aufkohlungsatmosphäre begonnen werden, die nicht auf der Basis einer völlig eingestellten Luftzufuhr gebildet wird, sondern die auf dem Wege einer verringerten Luftzufuhr gekoppelt mit sparsamerer CO2-Zu gabe erhalten wird. Z.B. ergibt sich ein solche mit

2,5 CH4 + 0,5 O2 + 1,5 CO2 + 2 N2 → 2 CO + 2 CO + 5 H2 + 2 N2.

Auf diesem Wege wird also eine Behandlungsgasatmosphäre mit ca. 37% CO, 47% H2 und 16% N2 erhalten, welche ebenfalls noch eine sehr leistungsfähige Initialatmosphäre für Aufkohlungen darstellt, die jedoch mit einer geringeren CO2- Zugabe auskommt.

In jedem Falle wird jedoch nach Erreichen eines gesättigten Randkohlenstoffge halts die weitergehende Aufkohlung des Aufkohlungsguts durch die Kohlenstoffdif fussion in tiefere Werkstückschichten bestimmt, wobei der Beginn der Diffussions phase im Einzelfall im wesentlichen vom jeweiligen Verhältnis der C-Pegel in der Hochkohlungsphase C_PH und der Diffussionsphase c_PD sowie dem am Ende einer Behandlung tatsächlich gewünschten Randkohlenstoffgehalt abhängt. Diese Dif fussionsphase kann daher bereits nach Ablauf von 5% oder erst auch nach Ablauf von 70% der Gesamtaufkohlungsdauer erreicht werden, wobei dies im wesentlichen von der Werkstückgröße, dem Aufkohlungsausmaß und der beabsichtigten Aufkohlungstiefe abhängig ist. Erfindungsgemäß erfolgt daher die Rückschaltung der oben angesprochenen Atmosphären beispielsweise auf die Standard-Endogasatmosphäre nach 5 bis 70%, vorzugsweise nach 10 bis 50%, der Gesamtaufkohlungsdauer. Im oben geschilderten Beispielfall einer etwa auf zweieinhalb Stunden anzusetzenden Aufkohlung mit einer Eht von 0,6 mm also nach Ablauf von ca. 15 bis 70 Minuten.

Dazu wird zu dem entsprechend festgelegten Zeitpunkt die CO₂-Zugabe zum jeweiligen Umsetzungsaggregat abgestellt und gleichzeitig eine entsprechende Zufuhr von Erdgas und Luft wieder begonnen, wobei im übrigen nach wie vor eine geeignete Zufuhr von Anreicherungs-Erdgas zu erfolgen hat. Diese Erdgaszufuhr ist in der verbleibenden Diffussionsphase der Aufkohlung letztlich so einzustellen, daß der gewünschte Randkohlenstoffgehalt in den Werkstücken von der dann gebildeten Atmosphäre aufrechterhalten werden kann. Zur Erlangung der beab sichtigten maximalen Martensithärte einer Randschicht sind im Regelfall - abhängig vom behandelten Werkstoff - Gehalte zwischen 0,7 und 0,9% C in der Randschicht einzustellen. Eine solche Atmosphäreneinstellung ist prinzipiell problemlos wieder um mit den bereits angesprochenen und an sich bekannten C-Pegelregelungen dieser nunmehr wiederum stickstoffhaltigen Atmosphäre möglich.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird - vor allem durch die anfänglich angewandte, den Kohlenstofftransfer extrem fördernde Atmosphäre - eine Ver kürzung von Aufkohlungsprozessen erzielt. Diese Verkürzung kann je nach Aus gangsbedingungen bis zu 30% der üblichen Endogasaufkohlungsdauer erreichen, wobei die größten Zeitvorteile insbesondere bei geringeren Einhärtetiefen erzielbar sind, da bei diesen vor allem die Kohlenstoffübertragung und Hochkohlung zu Beginn der Behandlung von durchgreifender Bedeutung ist.

Neben schnellen Aufkohlungen kann der erfindungsgemäße Verfahrensvorschlag ganz generell bei Wärmebehandlungen eingesetzt werden. Atmosphären gebildet aus CO2 und Erdgas haben gegenüber herkömmlichen Endogasatmosphären bedingt durch den hohen CO-Gehalt ein erhöhtes sekundäres Kohlungsvermögen. Dies spielt insbesondere bei kohlungsneutralen Wärmebehandlungen eine wesentliche Rolle, da es mit einem hohen, sekundären Kohlungsvermögen vorteilhaft möglich ist, Werkstoffe mit höheren Matrixkohlenstoffgehalten wärmezubehandeln (keine Anreicherung erforderlich). Diese Atmosphären werden dabei bevorzugt im gesamten Mittelteil der jeweiligen Glühungen vorgesehen, während der einleitende und der Schlußabschnitt wiederum günstig mit Endogas betrieben werden. Ferner können erfindungsgemäß insbesondere auch Aufkohlungen von dünnwandigen Werkstücken, die nur eine sehr geringe Aufkohlungstiefe erhalten sollen, besonders vorteilhaft durchgeführt werden. Die Erfindung bietet also in einer Reihe von Stan dardwärmebehandlungen Vorteile, die den zugehörigen Aufwand ohne weiteres rechtfertigen.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung, insbes. Aufkohlung, metallischer Werk stücke in einem Ofen unter hohen Temperaturen und in einer Gasatmosphäre, bei dem die zugehörige Gasatmosphäre durch Umsetzung eines Kohlenwasser stoffgases, insbesondere von Erdgas oder Propan, mit einem weiteren, elementaren Sauerstoff enthaltenden Medium, insbesondere Luft, erzeugt wird,
wobei diese Umsetzung gegebenenfalls unterstützt durch eine Generator- oder Katalysatoreinrichtung beim oder im Ofen durchgeführt wird
und wobei bedarfsabhängig zusätzlich der Atmosphäre ein Anreicherungsmittel zur geeigneten Einstellung des Kohlenstoffpegels zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest während eines Abschnitts der Wärmebehandlung wenigstens teilweise anstelle des elementaren (nichtgebundenen), Sauerstoff enthaltenden Mediums Kohlendioxid (CO2) zur Atmosphärenbildung herangezogen wird,
wobei das Kohlendioxid in einer zur Umsetzung zu Behandlungsgasatmosphäre geeigneten Menge anstelle des entsprechend vermindert zugeführten, Sauerstoff enthaltenden Mediums zum jeweiligen Umsetzungsaggregat oder zum Ofen direkt zugeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während eines maximal bis zu 80% der Gesamtbehandlungsdauer umfassenden Zeitintervalls innerhalb der Wärmebehandlung CO2 zur Atmosphärenbildung eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Einschaltung der CO2-Zugabe eine erhöhte Zufuhr von Kohlenwasserstoffgas eingeleitet wird, wobei die Zugaben in stöchiometrisch auf einander abgestimmten Mengen erfolgen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Aufkohlung im einleitenden, 5 bis 70% der Gesamtbehandlungs dauer einnehmenden Abschnitt dieser Behandlung CO2 zur Atmosphärenbildung herangezogen wird (Hochkohlungsabschnitt), während im verbleibenden die Atmo sphärenbildung ohne CO2-Zugabe erfolgt (Diffusionsphase).