EP0156378B1 - Method and apparatus for carburizing steel with a gas - Google Patents
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- EP0156378B1 EP0156378B1 EP85103680A EP85103680A EP0156378B1 EP 0156378 B1 EP0156378 B1 EP 0156378B1 EP 85103680 A EP85103680 A EP 85103680A EP 85103680 A EP85103680 A EP 85103680A EP 0156378 B1 EP0156378 B1 EP 0156378B1
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- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/20—Carburising
- C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
Definitions
- the invention relates to a method for gas carburizing steel according to the preamble of patent claim 1.
- the process parameters "carbon potential” and "reaction rate” became more and more exacting. introduced on the surface.
- the mathematical relationship and the other process values the C profile in the workpiece can therefore be calculated in advance, whereby the carburization of the edge area is based on the fact that the C potential of the gas atmosphere in the furnace chamber used for carburizing is regulated in such a way that that the desired target values are achieved. It is also known to use a computing unit to change the C potential during the carburization in order to avoid carbide formation at the edge of the workpiece in the shortest possible time (DE-PS-3 139 622).
- the present invention is therefore based on the object of designing a method of this type such that atmospheres which are supersaturated with hydrocarbons can also be used for carburizing processes in such a way that unambiguous control and determination of the carbon profile at the edge of the workpieces is possible.
- a device which, in a known manner, provides a carburizing furnace with at least one heatable chamber, with a sensor for detecting the chamber temperature, with a carburizing agent feed line in which a controllable control valve is arranged and with a sensor reaching into the chamber. which has at least one electrical measuring resistor exposed to the furnace atmosphere, as described, for example, in the journal Stahl und Eisen 80 (1960, number 26, pages 1952 to 1954).
- the measuring resistor acts as a C-current sensor and is arranged in a sensor chamber which is connected to a supply line for a decarburization gas, and that in this supply line a shut-off valve which can be controlled as a function of the determined values is arranged.
- This decarburization gas can be used in facilities with egg nem sensor, which has a comparison resistor around which a comparison gas flows for temperature compensation, at the same time be the comparison gas which is provided for the compensation comparison resistor.
- the supply line containing the shut-off valve can branch off in a simple manner from the connecting line to the comparison resistor.
- This shut-off valve contains its control pulses for opening and closing in a simple manner step by step from the computing unit, which thus tracks the carbon content of the measuring resistor to the carbon content at the edge of the workpiece to be carburized.
- the time course of the C content of the sensor therefore corresponds to the carburizing process at the edge of the workpiece.
- the carbon content of the sensor can be tracked in the opposite way, even as the carbon content in the atmosphere decreases, analogously to the type just described.
- the decarburization phases are then replaced by carburization phases.
- the new processes not only to carry out carburizing processes, but also, for example, processes for carbonitriding.
- carburizing processes the known C potential control can also be used in the final phase to precisely adjust the edge C content on the workpieces.
- the advantage of the new process is the higher carbon supply in the initial phase, but without the risk of over-carbonization.
- the invention is illustrated in the drawing using two exemplary embodiments of devices for carrying out the new methods and is also explained below using an example.
- a carburizing furnace 1 is provided with a circulating device formed by a blower 1 a, into which a workpiece batch 2 for carburizing with the surface A is inserted.
- a temperature sensor 6, the measured values of which are fed to a computing unit 7, is also introduced into the furnace 1.
- a controllable control valve 4 is inserted into the carbonant feed line 3 and can be actuated via an actuator 5, which receives its control impulses from the computer 7.
- a C-current sensor 8 Also introduced into the furnace 1 is a C-current sensor 8, the sensor head 8a of which is connected to the computer 7, so that the values determined by the C-current sensor 8 can be evaluated by the computer 7.
- this sensor head 8a is also connected to a supply line 9 for a decarburization gas which is supplied in the direction of arrow 9a.
- a shut-off valve 10 is inserted, which can be opened or closed via an actuator 11 controlled by the computer 7.
- the desired target variables Z and the value for the initial C content CK of the workpiece batch 2 are also entered into the computer 7.
- the computer 7 is connected to a recorder 12 for the carbon profile C-X, which records the carbon profile in the workpiece as a function of the edge distance. This course is determined by the computer 7 in a known manner.
- the C-current sensor 8 consists of a tube divided into two chambers 8b and 8c by the wall 13, which continue into the sensor head 8a.
- the chamber 8b contains a measuring resistor 14, through which an electric current flows in a manner not shown in detail and which is connected via the connecting line 14a to an evaluation circuit arranged in the computer 7.
- the chamber 8b is also connected to the supply line 9 for the decarburizing agent, in which the shut-off valve 10 is arranged.
- the chamber 8a of the C-flow sensor 8 is connected via a connecting line 16 to the feed line 9 for the decarburizing agent, so that the chamber 8a is constantly acted upon with a certain amount of the decarburizing agent which is also used as reference gas in the exemplary embodiment.
- furnace 1 is flushed with nitrogen.
- the atmosphere in the furnace 1 is monitored by the C-current sensor 8 with the measuring resistor 14, which can consist, for example, of an iron wire with a diameter of 0.2 mm, the carbon content of which changes by 0.26% C / h when the C flow is 1 g / m 2 h, which results from the surface / volume ratio of the sensor 8.
- the measuring resistor 14 can consist, for example, of an iron wire with a diameter of 0.2 mm, the carbon content of which changes by 0.26% C / h when the C flow is 1 g / m 2 h, which results from the surface / volume ratio of the sensor 8.
- the carbon content C of the sensor is tracked by the decarburization cycles controlled by the computer 7 to the edge C content of the workpiece batch 2.
- the C content of the sensor is continuously drawn out. This sawtooth-like line is designated 18.
- the respective decarburization phases 19 are controlled by the computer 7.
- the shut-off valve 10 - controlled by the computer - is opened and decarburizing agent flows briefly through the chamber 8b.
- the mean value of the course of the C content on the sensor thus corresponds to the dashed line 20, which represents the course of the marginal C content on the workpiece 2, which is determined by the computer.
- the proportional C current is determined from the value dC dt.
- the carbonization gas supply in the direction of arrow 3a is terminated as soon as the sum of the carbon supplied corresponds to the predetermined target value of 35 g / m 2 . In the exemplary embodiment according to FIG. 4, this is achieved after four hours.
- the mixture is then diffused with the addition of nitrogen until the computer 7 displays the predetermined edge C content, which is approximately 0.8%, as desired, after about five hours and 20 minutes according to FIG. 4. (See section 111 in Fig. 4).
- the temperature is reduced to the hardening temperature, as can be seen from the diagram above with the temperature profile.
- the batch report output by the computer 7 shows the carburizing process regulated by the C flow.
- 5 shows the final carbon curve at the end of the process, which corresponds to the predetermined target values.
- the edge distance in the workpiece is plotted on the abscissa in FIG. 5.
- On the ordinate the C content.
- the marginal carbon content CR is 0.180% C. With a carburizing depth of 1 mm, the C content is 0.35% C.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasaufkohlung von Stahl nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for gas carburizing steel according to the preamble of
Solche Gasaufkohlungsverfahren, wie sie der Einsatzhärtung von Stahlteilen vorausgehen, sind bekannt (Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung, Heft 9, September 1968, Seite 456 bis 464). Bei der Aufkohlung von Werkstücken aus Stahl wird dabei deren Randschicht mit Kohlenstoff angereichert. Für das Prozeßende wird ein bestimmter Kohlenstoffverlauf angestrebt, mit den Zielgrößen "Aufkohlungstiefe", "Rand- kohlenstoffgehalt" und "C-Verlauf am Rand". Dieser Vorgang kann aufgrund der Diffusionsgesetze berechnet werden (Zeitschrift Forsch. Ing. Wes. 13, 1942, S. 177), weil neben der Temperatur und der Zeit sogenannte Randbedingungen als Variable eingehen, mit denen das Kohlenstoffangebot an der Oberfläche definiert wird.Such gas carburizing processes, as they precede the case hardening of steel parts, are known (Journal for Economic Manufacturing,
Während man in den Anfängen der Aufkohlungstechnik davon ausging, daß der Rand-C-Gehalt während der gesamten Prozeßdauer angenähert konstant bleibt und daß demnach die Aufkohlungstiefe mit der Wurzel aus der Zeit wächst, wurden mit zunehmenden Genauigkeitsansprüchen die Prozeßparameter "Kohlenstoffpotential" und "Reaktionsgeschwindigkeit" an der Oberfläche eingeführt. Abhängig von den jeweils gemessenen Werten, dem mathematischen Zusammenhang und den anderen Prozeßwerten kann daher der C-Verlauf im Werkstück vorausberechnet werden, wobei die Aufkohlung des Randbereiches darauf beruht, daß das C-Potential der Gasatmosphäre in der zur Aufkohlung verwendeten Ofenkammer so geregelt wird, daß die gewünschten Zielgrößen erreicht werden. Es ist zudem auch bekannt, mit Hilfe einer Recheneinheit das C-Potential während der Aufkohlung zu verändern, um mit geringstmöglichem Zeitaufwand Karbidbildung am Rand des Werkstückes zu vermeiden (DE-PS-3 139 622).While it was assumed in the beginning of carburizing technology that the Rand-C content remained approximately constant throughout the entire process and that the carburizing depth increased with the root of time, the process parameters "carbon potential" and "reaction rate" became more and more exacting. introduced on the surface. Depending on the measured values, the mathematical relationship and the other process values, the C profile in the workpiece can therefore be calculated in advance, whereby the carburization of the edge area is based on the fact that the C potential of the gas atmosphere in the furnace chamber used for carburizing is regulated in such a way that that the desired target values are achieved. It is also known to use a computing unit to change the C potential during the carburization in order to avoid carbide formation at the edge of the workpiece in the shortest possible time (DE-PS-3 139 622).
Diese Art der Regelung von Aufkohlungsprozessen läßt sich aber nur dann durchführen, wenn sogenannte Gleichgewichtsatmosphären vorliegen, weil nur dann das C-Potential definiert ist und auch gemessen werden kann. Mit Kohlenwasserstoffen übersättigte Atmosphären werden in der Regel wegen ihrer eingeschränkten Regelfähigkeit vermieden, obwohl sie, weil sie ein noch größeres Kohlenstoffangebot mit sich bringen, eine Rohstoff- und Energieersparnis bringen können.However, this type of control of carburizing processes can only be carried out if there are so-called equilibrium atmospheres, because only then is the C potential defined and can it be measured. Atmospheres supersaturated with hydrocarbons are generally avoided due to their limited regulating capacity, although they can save raw materials and energy because they offer an even larger amount of carbon.
Aus der DE-1 222 762 B 1 ist es bekannt, die Änderung des elektrischen Widerstandes eines Eisenfühlers als Maß für die Kohlenstoffaufnahme des Stahlteiles auszunutzen und in Abhängigkeit davon die Kohlungsgaszufuhr zu steuern. Geregelt wird dort, abhängig von der Messung, das Kohlenstoffabgabevermögen des Aufkohlungsgases, was relativ aufwendig ist. Dieses Verfahren bietet keine Möglichkeit, mit übersättigten Kohlenwasserstoffatmosphären zu arbeiten, ohne daß die Gefahr von Ruß- oder Karbidbildung auftritt.From DE-1 222 762
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren dieser Art so auszubilden, daß auch mit Kohlenwasserstoffen übersättigte Atmosphären für Aufkohlungsprozesse so eingesetzt werden können, daß eine eindeutige Steuerung und Bestimmung des Kohlenstoffverlaufes am Rand der Werkstücke möglich ist.The present invention is therefore based on the object of designing a method of this type such that atmospheres which are supersaturated with hydrocarbons can also be used for carburizing processes in such a way that unambiguous control and determination of the carbon profile at the edge of the workpieces is possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Ein solches Verfahren läßt sich durchführen, obwohl die theoretisch für den Kohlenstoffstrom an der Oberfläche der Werkstücke bekannten Zusammenhänge nicht ohne weiteres in die Praxis umzusetzen sind, weil dieser C-Strom im Gegensatz zum C-Potential während des Aufkohlungsprozesses in komplizierter Weise verändert werden muß, wenn am Ende ein bestimmter Kohlenstoffverlauf vorliegen soll. Dies läßt sich aber, ebenso wie bei bekannten Verfahren, durch Rechner laufend oder in bestimmten kurzen Zeitabschnitten so bestimmen, daß die gewünschte Regelung möglich ist, wenn Werte für den C-Strom zur Verfügung gestellt werden, was in einfacher Weise über die zeitliche Änderung des elektrischen Widerstandes eines Eisenfühlers möglich wird.To solve this problem, the characterizing features of
Um hierbei keine Gefahr zu laufen, daß der Kohlenstoffgehalt des Fühlers dem Kohlenstoffgehalt am Rand des aufzukohlenden Werkstückes davonläuft, wird jeweils vorteilhaft dafür gesorgt, daß der mittlere Kohlenstoffgehalt des Eisenfühlers durch schrittweise kurz-zeitige Entkohlungsphasen dem für den Rand- kohlenstoffgehalt des Stahlteiles in bekannter Weise rechnerisch ermittelten Wert nachgeführt wird. Erreicht daher der vom C-Fühler ermittelte Wert den für den Randkohlenstoffgehalt am Werkstück angestrebten Wert, so muß die Zufuhr von Kohlungsgas so zurückgenommen werden, daß beispielsweise die schädliche Karbidbildung vermieden wird.In order not to run the risk that the carbon content of the sensor runs away from the carbon content at the edge of the workpiece to be carburized, it is advantageously ensured that the mean carbon content of the iron sensor by step-by-step short-term decarburization phases in a known manner for the edge carbon content of the steel part calculated value is updated. Therefore, if the value determined by the C-sensor reaches the target for the marginal carbon content on the workpiece, the supply of carburizing gas must be reduced so that, for example, harmful carbide formation is avoided.
Zur Durchführung des neuen Verfahrens wird eine Einrichtung vorgesehen, die in bekannter Weise einen Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizbaren Kammer, mit Fühlers zum Erfassen der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung, in der ein steuerbares Regelventil angeordnet ist und mit einem in die Kammer hereinreichenden Fühler vorgesehen, der mindestens einen der Ofenatmosphäre ausgesetzten elektrischen Meßwiderstand aufweist, wie das beispielsweise in der Zeitschrift Stahl und Eisen 80 (1960, Heft 26, Seiten 1952 bis 1954) beschrieben ist. Bei einer solchen Einrichtung wird erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, daß der Meßwiderstand als C-Strom-Fühler wirkt und in einer Fühlerkammer angeordnet ist, die an eine Zufuhrleitung für ein Entkohlungsgas angeschlossen ist, und daß in diese Zuführleitung ein in Abhängigkeit von den ermittelten Werten steuerbares Absperrventil angeordnet ist. Dieses Entkohlungsgas kann bei Einrichtungen mit einem Fühler, der einen von einem Vergleichsgas umströmten Vergleichswiderstand zur Temperaturkompensation aufweist, gleichzeitig das Vergleichsgas sein, das für den Kompensations-Vergleichswiderstand vorgesehen ist. Die das Absperrventil enthaltende Zuleitung kann dabei in einfacher Weise von der Anschlußleitung zum Vergleichswiderstand abzweigen. Dieses Absperrventil enthält seine Steuerimpulse zum Öffnen und Schließen in einfacher Weise schrittweise von der Recheneinheit, die damit den Kohlenstoffgehalt des Meßwiderstandes dem Kohlenstoffgehalt am Rand des aufzukohlenden Werkstücks nachführt. Der zeitliche Verlauf des C-Gehaltes des Meß-fühlers entspricht daher dem Aufkohlungsverlauf am Rand des Werkstückes.To implement the new method, a device is provided which, in a known manner, provides a carburizing furnace with at least one heatable chamber, with a sensor for detecting the chamber temperature, with a carburizing agent feed line in which a controllable control valve is arranged and with a sensor reaching into the chamber. which has at least one electrical measuring resistor exposed to the furnace atmosphere, as described, for example, in the journal Stahl und Eisen 80 (1960, number 26, pages 1952 to 1954). In such a device, however, it is provided according to the invention that the measuring resistor acts as a C-current sensor and is arranged in a sensor chamber which is connected to a supply line for a decarburization gas, and that in this supply line a shut-off valve which can be controlled as a function of the determined values is arranged. This decarburization gas can be used in facilities with egg nem sensor, which has a comparison resistor around which a comparison gas flows for temperature compensation, at the same time be the comparison gas which is provided for the compensation comparison resistor. The supply line containing the shut-off valve can branch off in a simple manner from the connecting line to the comparison resistor. This shut-off valve contains its control pulses for opening and closing in a simple manner step by step from the computing unit, which thus tracks the carbon content of the measuring resistor to the carbon content at the edge of the workpiece to be carburized. The time course of the C content of the sensor therefore corresponds to the carburizing process at the edge of the workpiece.
Natürlich läßt sich der Kohlenstoffgehalt des Fühlers analog der eben beschriebenen Art in umgekehrter Weise auch bei absinkendem Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre nachführen. Die Entkohlungsphasen werden dann durch Aufkohlungsphasen ersetzt.Of course, the carbon content of the sensor can be tracked in the opposite way, even as the carbon content in the atmosphere decreases, analogously to the type just described. The decarburization phases are then replaced by carburization phases.
Natürlich ist es auch bei den neuen Verfahren möglich, nicht nur Aufkohlungsprozesse, sondern beispielsweise auch Verfahren zum Karbonitrieren durchzuführen. Bei Aufkohlungsprozessen kann in der Schlußphase zur genauen Einstellung des Rand-C-Gehaltes an den Werkstücken auch auf die bekannte C-Potential-Regelung umgeschaltet werden. Der Vorteil des neuen Verfahren ist das höhere Kohlenstoffangebot in der Anfangsphase, jedoch ohne die Gefahr der Überkohlung.Of course, it is also possible with the new processes not only to carry out carburizing processes, but also, for example, processes for carbonitriding. In carburizing processes, the known C potential control can also be used in the final phase to precisely adjust the edge C content on the workpieces. The advantage of the new process is the higher carbon supply in the initial phase, but without the risk of over-carbonization.
Die erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen von Einrichtungen zur Durchführung der neuen Verfahren in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden auch anhand eines Beispiels erläutert.The invention is illustrated in the drawing using two exemplary embodiments of devices for carrying out the new methods and is also explained below using an example.
Es zeigen:
- Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Stahlaufkohlung, bei der ein C-Strom-Fühler zur Steuerung des Aufkohlungsvorganges eingesetzt ist,
- Fig. 2 die schematische und vergrößerte Darstellung des C-Strom-Fühlers der Fig. 1,
- Fig. 3 eine diagrammartige Darstellung, die den Verlauf des C-Gehaltes des Fühlers der Fig. 2 und dessen Steuerung in Abhängigkeit von der Zeit,
- Fig. 4 Diagramme mit dem Verlauf der Temperatur, des Randkohlenstoffgehaltes, der Aufkohlungstiefe und des C-Stromes jeweils anhand eines auch beschriebenen Beispieles und über dem Zeitverlauf aufgetragen,
- Fig. 5 die diagrammartige Darstellung des Kohlenstoffverlaufes bei Prozeßende in Abhängigkeit des Abstandes vom Rand.
- 1 is a schematic representation of a device for steel carburizing, in which a C-flow sensor is used to control the carburizing process,
- 2 shows the schematic and enlarged representation of the C-current sensor of FIG. 1,
- 3 is a diagrammatic representation showing the course of the C content of the sensor of FIG. 2 and its control as a function of time,
- 4 diagrams with the course of the temperature, the carbon content, the carburization depth and the C-flow each plotted using an example also described and over the course of time,
- Fig. 5 shows the diagrammatic representation of the carbon curve at the end of the process depending on the distance from the edge.
In der Fig. 1 ist ein Aufkohlungsofen 1 mit einer durch ein Gebläse 1a gebildeten Umwälzeinrichtung vorgesehen, in den eine Werkstückcharge 2 zur Aufkohlung mit der Oberfläche A eingesetzt ist. In den Ofen mündet eine Kohlungsmittelzuführleitung 3, in die das Aufkohlungsgas in Richtung des Pfeiles 3a eingegeben wird. Aus dem Aufkohlungsofen 1, der in bekannter Weise mit einer wärmebeständigen Isolierwand versehen ist, heraus führt eine Abzugsleitung 1b, an der das in Richtung des Pfeiles 4 austretende Abgas abgefackelt wird. In den Ofen 1 hereingeführt ist auch ein Temperaturfühler 6, dessen Meßwerte einer Recheneinheit 7 zugeführt werden. In die Kohlungsmittelzuführleitung 3 ist ein steuerbares Regelventil 4 eingesetzt, das über ein Stellglied 5 betätigt werden kann, welches seine Steuerimpulse vom Rechner 7 erhält.In FIG. 1, a
Ebenfalls in den Ofen 1 hereingeführt ist ein C-Strom-Fühler 8, dessen Fühlerkopf 8a mit dem Rechner 7 in Verbindung steht, so daß die vom C-Strom-Fühler 8 ermittelten Werte vom Rechner 7 ausgewertet werden können. Dieser Fühlerkopf 8a steht außerdem aber noch mit einer Zufuhrleitung 9 für ein Entkohlungsgas in Verbindung, das in Richtung des Pfeiles 9a zugeführt wird. In diese Zuführleitung 9 ist ein Absperrventil 10 eingesetzt, das über ein vom Rechner 7 gesteuertes Stellglied 11 geöffnet oder geschlossen werden kann. In den Rechner 7 werden außerdem die gewünschten Zielgrößen Z sowie der Wert für den Anfangs-C-Gehalt CKder Werkstückcharge 2 eingegeben. Der Rechner 7 steht mit einem Schreiber 12 für den Kohlenstoffverlauf C-X in Verbindung, welcher den Kohlenstoffverlauf im Werkstück in Abhängigkeit von Randabstand aufzeichnet. Dieser Verlauf wird vom Rechner 7 in bekannter Weise ermittelt.Also introduced into the
Aus Fig. 2 wird deutlich, daß der C-Strom-Fühler 8 aus einem in zwei Kammern 8b und 8c durch die Wand 13 unterteilten Rohr besteht, die sich bis in den Fühlerkopf 8a fortsetzen. Die Kammer 8b enthält einen Meßwiderstand 14, der in nicht näher dargestellter Weise von einem elektrischen Strom durchflossen wird und über die Verbindungsleitung 14a mit einer im Rechner 7 angeordneten Auswertschaltung in Verbindung steht. Die Kammer 8b steht außerdem mit der Zuführleitung 9 für das Entkohlungsmittel in Verbindung, in der das Absperrventil 10 angeordnet ist.From Fig. 2 it is clear that the C-current sensor 8 consists of a tube divided into two
Die Kammer 8a des C-Strom-Fühlers 8 steht über eine Anschlußleitung 16 mit der Zuführleitung 9 für das Entkohlungsmittel in Verbindung, so daß die Kammer 8a ständig mit einer gewissen Menge des beim Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Vergleichsgas dienenden Entkohlungsmittel beaufschlagt ist.The chamber 8a of the C-flow sensor 8 is connected via a connecting line 16 to the
Die Arbeitsweise der Einrichtung der Fig. 1 und 2 soll nun an einem Beispiel beschrieben werden.The operation of the device of FIGS. 1 and 2 will now be described using an example.
In dem beispielsweise als Retortenofen ausgebildeten Aufkohlungsofen 1 wird die Charge 2 von Werkstücken aus Stahl mit einem Anfangs-C-Gehalt von 0,20 0/oC und einer Gesamtoberfläche A von 10 m2 bei 930°C aufgekohlt. Die Zielgrößen Z bei Prozeßende sind folgende:
- Aufkohlungstiefe AT = 1 mm bei 0,35 %C;
- Randkohlenstoffgehalt CR = 0,80 %C;
- Carburizing depth AT = 1 mm at 0.35% C;
- Marginal carbon content CR = 0.80% C;
Diese Zielgrößen ergeben einen Kohlenstoffbedarf - errechnet - von 35 g/m2.These target values result in a calculated carbon requirement of 35 g / m 2 .
Aus wirtschaftlichen Gründen wird eine kurze Aufkohlungsdauer, d. h. ein hohes Kohlenstoffangebot angestrebt. Der Rand-C-Gehalt soll jedoch während der Aufkohlung 1,00 %C nicht überschreiten, um Carbidbildung zu vermeiden. Vor dem Ausfahren soll die Temperatur der Charge 2 auf die Härtetemperatur von 860° C abgesenkt werden.For economic reasons, a short carburizing period, i.e. H. striving for a high carbon supply. The Rand-C content should not exceed 1.00% C during carburization in order to avoid carbide formation. Before extending, the temperature of
Beim Aufheizen der Charge 2 wird der Ofen 1 mit Stickstoff gespült.When
Ab 850°C wird etwas Methanol zur Bildung von CO und H2 sowie Erdgas CH4 als Kohlungsgas zugesetzt, was über die Kohlungsmittelzufuhrleitung 3 geschieht, und zwar in so hohem Anteil, daß eine C-Potentialmessung wegen Übersättigung nicht durchgeführt werden kann. In dem in der Fig. 4 gezeigten Abschnitt I ist der C-Strom begrenzt, um übermäßige Rußbildung im Ofen 1 zu vermeiden. Im Abschnitt II wird der C-Strom zurückgenommen, weil sonst der Rand-C-Gehalt über ein Prozent steigen würde.From 850 ° C, some methanol is added to form CO and H2 as well as natural gas CH4 as carburizing gas, which is done via the carburizing agent supply line 3, and in such a high proportion that a C potential measurement cannot be carried out due to oversaturation. In section I shown in FIG. 4, the C flow is limited in order to avoid excessive soot formation in the
Die Atmosphäre im Ofen 1 wird von dem C-Strom-Fühler 8 mit dem Meßwiderstand 14 überwacht, der beispielsweise aus einem Eisendraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm bestehen kann, dessen Kohlenstoffgehalt sich um 0,26 %C/h verändert, wenn der C-Strom 1 g/m2h beträgt, was sich aus dem Oberflächen-/ Volumenverhältnis des Fühlers 8 ergibt.The atmosphere in the
Der Kohlenstoffgehalt C des Fühlers wird, wie Fig. 3 zu entnehmen ist, durch vom Rechner 7 gesteuerte Entkohlungszyklen dem Rand-C-Gehalt der Werkstückcharge 2 nachgeführt. In Fig. 3 ist der C-Gehalt des Fühlers durchgehend ausgezogen. Diese sägezahnartige Linie ist mit 18 bezeichnet. Die jeweiligen Entkohlungsphasen 19 werden vom Rechner 7 gesteuert. In diesem Fall wird das Absperrventil 10 - vom Rechner gesteuert - geöffnet und es fließt kurzzeitig Entkohlungsmittel durch die Kammer 8b.3, the carbon content C of the sensor is tracked by the decarburization cycles controlled by the computer 7 to the edge C content of the
Der Mittelwert des Verlaufes des C-Gehaltes am Fühler entspricht so der gestrichelt dargestellten Linie 20, welche den Verlauf des Rand-C-Gehaltes am Werkstück 2 darstellt, der vom Rechner ermittelt wird.The mean value of the course of the C content on the sensor thus corresponds to the dashed
Es ist aus Fig. 3 auch zu erkennen, daß die Zeit tE für die Entkohlungsphasen nur sehr kurz ist. Sie reicht aber aus, um den Mittelwert des C-Gehaltes des Fühlers 8 dem Rand-C-Gehalt 20 nach zuführen.It can also be seen from FIG. 3 that the time t E for the decarburization phases is only very short. However, it is sufficient to supply the mean value of the C content of the sensor 8 according to the
Aus dem Wert dC dt wird der dazu proportionale C-Strom ermittelt.The proportional C current is determined from the value dC dt.
Die Kohlungsgaszufuhr in Richtung des Pfeiles 3a wird abgebrochen, sobald die Summe des zugeführten Kohlenstoffes mit dem vorgegebenen Zielwert 35 g/m2 übereinstimmt. Dies ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 nach vier Stunden erreicht. Danach wird unter Stickstoffzufuhr diffundiert, bis der Rechner 7 den vorgegebenen Rand-C-Gehalt anzeigt, der etwa nach fünf Stunden und 20 Minuten gemäß Fig. 4 bei 0,8 %, wie gewünscht, liegt. (siehe in Fig. 4 Abschnitt 111). In der Diffusionsphase wird gleichzeitig auf Härtetemperatur abgesenkt, wie das aus dem oberen Diagramm mit dem Temperaturverlauf zu ersehen ist.The carbonization gas supply in the direction of arrow 3a is terminated as soon as the sum of the carbon supplied corresponds to the predetermined target value of 35 g / m 2 . In the exemplary embodiment according to FIG. 4, this is achieved after four hours. The mixture is then diffused with the addition of nitrogen until the computer 7 displays the predetermined edge C content, which is approximately 0.8%, as desired, after about five hours and 20 minutes according to FIG. 4. (See section 111 in Fig. 4). In the diffusion phase, the temperature is reduced to the hardening temperature, as can be seen from the diagram above with the temperature profile.
Das vom Rechner 7 ausgegebene Chargenprotokoll (Fig. 4) zeigt den über den C-Strom geregelten Aufkohlungsprozeß. Fig. 5 zeigt den endgültigen Kohlenstoffverlauf bei Prozeßende, der mit den vorgegebenen Zielgrößen übereinstimmt. Dabei ist in Fig. 5 auf der Abszisse der Randabstand im Werkstück aufgetragen. Auf der Ordinate der C-Gehalt. Der Rand- kohlenstoffgehalt CR beträgt 0,180 %C. Bei der Aufkohlungstiefe 1 mm beträgt der C-Gehalt 0,35 %C.The batch report output by the computer 7 (FIG. 4) shows the carburizing process regulated by the C flow. 5 shows the final carbon curve at the end of the process, which corresponds to the predetermined target values. The edge distance in the workpiece is plotted on the abscissa in FIG. 5. On the ordinate the C content. The marginal carbon content CR is 0.180% C. With a carburizing depth of 1 mm, the C content is 0.35% C.
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DE3714283C1 (en) * | 1987-04-29 | 1988-11-24 | Ipsen Ind Internat Gmbh | Process for gas carburizing steel |
DE3826351A1 (en) * | 1988-08-03 | 1990-02-08 | Degussa | METHOD FOR DETERMINING THE COALING POTENTIAL IN GAS CARBON OVENS AND DEVICE THEREFOR |
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US5064620A (en) * | 1989-06-01 | 1991-11-12 | Pierre Beuret | Probe for measuring carbon flux |
US5324415A (en) * | 1989-06-09 | 1994-06-28 | Blumenthal Robert N | Apparatus and systems for analyzing a sample of treatment atmosphere having a carbon potential |
US4966348A (en) * | 1989-06-30 | 1990-10-30 | Lindberg Corp. | Method and apparatus for monitoring atmosphere in furnaces |
US5139584A (en) * | 1989-07-13 | 1992-08-18 | Solo Fours Industriels Sa | Carburization process |
JP3531736B2 (en) * | 2001-01-19 | 2004-05-31 | オリエンタルエンヂニアリング株式会社 | Carburizing method and carburizing device |
JP5428031B2 (en) * | 2001-06-05 | 2014-02-26 | Dowaサーモテック株式会社 | Carburizing method and apparatus |
JP5428032B2 (en) * | 2001-06-05 | 2014-02-26 | Dowaサーモテック株式会社 | Carburizing method |
DE10152204B4 (en) * | 2001-10-23 | 2004-01-22 | Schwäbische Härtetechnik Ulm GmbH | Device and method for measuring and / or regulating the carburizing atmosphere in a vacuum carburizing plant |
DE10235131A1 (en) * | 2002-08-01 | 2004-02-19 | Ipsen International Gmbh | Method and device for blackening components |
US20080149226A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-06-26 | Karen Anne Connery | Method of optimizing an oxygen free heat treating process |
US20080149227A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-06-26 | Karen Anne Connery | Method for oxygen free carburization in atmospheric pressure furnaces |
US20080149225A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-06-26 | Karen Anne Connery | Method for oxygen free carburization in atmospheric pressure furnaces |
US9109277B2 (en) | 2011-01-10 | 2015-08-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and apparatus for heat treating a metal |
TW201418476A (en) * | 2012-11-01 | 2014-05-16 | Metal Ind Res & Dev Ct | Furnace gas generation apparatus used in small heat treatment furnace |
CN111172492B (en) * | 2020-01-03 | 2021-01-19 | 燕山大学 | Device and method for gear surface carburization |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139622C2 (en) * | 1981-10-06 | 1989-12-14 | Joachim Dr.-Ing. 7250 Leonberg Wünning | Process for gas carburizing of steel and device for its implementation |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2980415A (en) * | 1954-02-16 | 1961-04-18 | Honeywell Regulator Co | Apparatus for controlling case hardening action |
DE1222762B (en) * | 1957-07-19 | 1966-08-11 | Bbc Brown Boveri & Cie | Process for regulating the gas carburization of steel and iron or their alloys |
DE2152440C3 (en) * | 1971-10-21 | 1979-04-12 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Process and arrangement for soot-free carburizing of steel |
LU71534A1 (en) * | 1973-12-21 | 1975-06-17 | ||
US4108693A (en) * | 1974-12-19 | 1978-08-22 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method for the heat-treatment of steel and for the control of said treatment |
US4049473A (en) * | 1976-03-11 | 1977-09-20 | Airco, Inc. | Methods for carburizing steel parts |
DE3038078A1 (en) * | 1980-10-08 | 1982-05-06 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | METHOD AND DEVICE FOR CARBONING METAL WORKPIECES |
SU985144A1 (en) * | 1981-03-04 | 1982-12-30 | Предприятие П/Я Р-6205 | Method of measuring carbon potential of carburisation atmosphere |
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1984
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139622C2 (en) * | 1981-10-06 | 1989-12-14 | Joachim Dr.-Ing. 7250 Leonberg Wünning | Process for gas carburizing of steel and device for its implementation |
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