EP0647726A1 - Verfahren zum Behandeln von Teilen - Google Patents

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EP0647726A1
EP0647726A1 EP94202679A EP94202679A EP0647726A1 EP 0647726 A1 EP0647726 A1 EP 0647726A1 EP 94202679 A EP94202679 A EP 94202679A EP 94202679 A EP94202679 A EP 94202679A EP 0647726 A1 EP0647726 A1 EP 0647726A1
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hardening
furnace
reducing
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Messer Griesheim GmbH
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Messer Griesheim GmbH
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • 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
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/16—Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
    • C23C8/18—Oxidising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a method for treating parts, in particular steel and / or cast parts.
  • Steel parts are heated to the respective austenitizing temperature in a furnace using protective gases such as nitrogen, nitrogen / propane mixture, endogas, exogas and the like and hardened by quenching agents at any quenching rate.
  • protective gases such as nitrogen, nitrogen / propane mixture, endogas, exogas and the like and hardened by quenching agents at any quenching rate.
  • the invention has for its object to provide a method for bluing parts during curing.
  • a subsequent oxidation treatment can be dispensed with by the invention, since the steel and / or castings receive a uniform, thin oxide layer (iron oxide) by introducing or atomizing a reducing and at the same time oxidizing reaction gas in the furnace chamber during the hardening process at the respective hardening temperature.
  • the simultaneous blueing and hardening of the parts increases the efficiency of the process.
  • the amounts of hydrocarbons used to generate the flame curtain could be almost halved by feeding in the reaction gas.
  • the soot formation is greatly reduced by incomplete combustion of the flame gases, for example the propane, so that the cleaning intervals of the furnace space are also increased.
  • a reducing and at the same time oxidizing reaction gas is fed into a hardening furnace via a known injector spray lance, thereby creating a gas atmosphere which has a slightly oxidizing effect.
  • the pure, liquid substances methanol and water as well as gaseous nitrogen are preferably mixed with the help of the injector spray lance and reach the hot part of the furnace, finely atomized, through the outlet holes. Due to the high furnace temperature, the liquid substances evaporate, whereby gaseous methanol splits into two parts hydrogen and one part carbon monoxide. Methanol fission gas is the reducing component, while water vapor is the oxidizing component.
  • Nitrogen is used to atomize the liquid substances and to dilute the oxidizing and reducing components of the gas atmosphere.
  • the hardened material is placed outside the furnace on a transport system and transported to the furnace chamber.
  • the parts are heated to the respective austenitizing temperature (860 - 940 ° C) and then suddenly fall into a quenching bath, especially an oil or salt bath.
  • a quenching bath especially an oil or salt bath.
  • the surface of the parts is easily oxidized by the water vapor in the gas atmosphere of the furnace. So that the oxidation of the parts does not already take place at low temperatures, the flame curtain, which is located in the lower part of the furnace inlet, is optimally adjusted, i.e.
  • the amount of propane or natural gas (hydrocarbons) is matched to the amount of reaction gas fed in so that the flame curtain binds oxygen, thus preventing early oxidation of the parts to be hardened.
  • the flame curtain is installed across the conveying direction.
  • the amounts of propane are 100 - 2000 l / h and the reaction gas amounts are 2 - 20 m3 / h.
  • the new process made it possible to achieve uniform and well-adhering layers (blue color) when hardening steel parts. No blistering was found.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Teilen, insbesondere Stahl- und/oder Gußteilen, welches durch ein gemeinsames Oxidieren (Bläuen) und Härten der Teile in einem Ofen mittels Einleiten oder Verdüsen eines reduzierenden und oxidierenden Reaktionsgases bei Härtetemperaturen in den Ofenraum gekennzeichnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Teilen, insbesondere Stahl- und/oder Gußteilen.
  • Stahlteile werden unter Einsatz von Schutzgasen, wie Stickstoff, Stickstoff/Propan-Gemisch, Endogas, Exogas und dergleichen in einem Ofen auf die jeweilige Austenitisierungstemperatur erwärmt und durch Abschreckmittel mit beliebigen Abschreckgeschwindigkeiten gehärtet.
  • Viele der gehärteten Stahlteile werden anschließend in einer zweiten Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 300 und 570°C oxidiert, um eine visuell ansprechendere Oberfläche zu bekommen und das Werkstück gegen Flugrost korrosionsbeständiger und gegen Abrieb widerstandsfähiger zu machen. Es bildet sich ein blaues Eisenoxid Fe₃ O₄, das zu dem Begriff "Bläuen" geführt hat.
  • Mit den herkömmlichen Schutzgasen, die beim Härteprozeß zum Einsatz kommen, ist ein Oxidieren (Bläuen) der Oberfläche der Stahlteile nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bläuen von Teilen während des Härtens zu schaffen.
  • Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Erfindung kann auf eine nachgeschaltete Oxidationsbehandlung verzichtet werden, da die Stahl- und/oder Gußteile eine gleichmäßig, dünne Oxidschicht (Eisenoxid) durch Einleiten oder Verdüsen eines reduzierenden und gleichzeitig oxidierenden Reaktionsgases im Ofenraum während dem Härteprozeß bei der jeweiligen Härtetemperatur erhalten. Das gleichzeitige Bläuen und Härten der Teile erhöht die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Überraschenderweise konnten die zum Erzeugen des Flammenschleiers verwendeten Mengen an Kohlenwasserstoffen durch Einspeisen des Reaktionsgases fast halbiert werden. Durch die Einspeisung der oxidierenden Komponenten wie Wasser, Kohlendioxid oder Luft wird die Rußbildung durch unvollständige Verbrennung der Flammengase, beispielsweise des Propans, stark gemindert, so daß die Reinigungsintervalle des Ofenraumes ebenfalls größer werden.
  • Durch die Erfindung wird ein reduzierendes und gleichzeitig oxidierendes Reaktionsgas über eine an sich bekannte Injektor-Sprühlanze in einen Härteofen eingespeist und dadurch eine Gasatmosphäre geschaffen, die leicht oxidierend wirkt. Als Reaktionsgas werden bevorzugt die reinen, flüssigen Stoffe Methanol und Wasser sowie gasförmiger Stickstoff mit Hilfe der Injektor-Sprühlanze gemischt und gelangen über die Austrittsbohrungen fein verdüst in den heißen Teil des Ofenraumes. Durch die hohe Ofentemperatur verdampfen die flüssigen Stoffe, wobei sich gasförmiges Methanol in zwei Teile Wasserstoff und einen Teil Kohlenmonoxid aufspaltet. Methanol-Spaltgas bildet die reduzierende Komponente, während Wasserdampf die oxidierende darstellt. Stickstoff dient zur Verdüsung der flüssigen Stoffe und zur Verdünnung der oxidierenden und reduzierenden Bestandteile der Gasatmosphären. Das Härtegut wird außerhalb des Ofens auf ein Transportsystem gelegt und über dieses in den Ofenraum befördert. Im Ofenraum werden die Teile auf die jeweilige Austenitisierungstemperatur (860 - 940°C) erwärmt und fallen dann schlagartig in ein Abschreckbad, insbesondere ein Öl- bzw. Salzbad. Während der Aufheiz- und/oder Haltephase wird die Oberfläche der Teile durch den Wasserdampf in der Gasatmosphäre des Ofens leicht oxidiert. Damit die Oxidation der Teile nicht schon bei niedrigen Temperaturen erfolgt, wird der Flammenschleier, der sich im unteren Teil des Ofeneinlaufes befindet, optimal eingestellt, d.h., die Menge an Propan oder Erdgas (Kohlenwasserstoffe) wird so auf die eingespeiste Menge des Reaktionsgases abgestimmt, daß der Flammenschleier Sauerstoff abbindet und somit eine frühzeitige Oxidation der zu härtenden Teile verhindert wird. Der Flammenschleier ist quer zur Förderrichtung installiert. Die Mengen an Propan liegen bei 100 - 2000 l/h und die Reaktionsgasmengen bei 2 - 20 m³/h.
  • Durch das neue Verfahren konnten gleichmäßige und gut haftende Schichten (blaue Farbe) beim Härten von Stahlteilen eingestellt werden. Eine Blasenbildung wurde nicht festgestellt.
  • Das Verfahren nach der Erfindung wurde vorstehend mit dem Reaktionsgas Stickstoff-Methanol-Wasser beschrieben. Es ist selbstverständlich auch mit anderen Reaktionsgasen durchführbar, die eine reduzierende und oxidierende Komponente aufweisen.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Behandeln von Teilen, insbesondere Stahl- und/oder Gußteilen,
    gekennzeichnet durch ein gemeinsames Oxidieren (Bläuen) und Härten der Teile in einem Ofen mittels Einleiten oder Verdüsen eines reduzierenden und oxidierenden Reaktionsgases bei Härtetemperaturen in den Ofenraum.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reaktionsgas ein Methanol-Wasser-Gemisch ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reaktionsgas als Flüssigkeit vorliegt, die mit gasförmigem Stickstoff in dem Ofen verdüst und verdünnt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reaktionsgas im dem Teil des Ofenraumes verdüst wird, in welchem die Teile auf die Endtemperatur beim Härten erwärmt werden.
EP94202679A 1993-10-06 1994-09-16 Verfahren zum Behandeln von Teilen Expired - Lifetime EP0647726B1 (de)

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