EP1050592A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke - Google Patents
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Classifications
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- 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
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- 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 the heat treatment of metallic workpieces by heating up the workpieces and then quenching, the Quenching is performed with a cooling gas.
- a generic method for the heat treatment of metallic workpieces is known from DE-PS 37 36 501. This is done in the furnace where the heat treatment takes place during quenching with helium, hydrogen or a Mixture of helium and hydrogen as cooling gas a cooling gas pressure p between 1 and 4 MPa set.
- the cooling gas velocity v is set so that the product of the cooling gas pressure p and the cooling gas speed v between 10 and 250 MPa m / sec.
- the heat treatment in a heat treatment furnace for example in a vacuum furnace, downstream quenching can either be in the furnace itself or a gas-tight chamber.
- EP-A 0 869 189 describes a method for quenching metallic workpieces after a heat treatment, in which a cooling gas pressure p in the furnace or Quench chamber greater than 4 MPa (40 bar), preferably greater than 4 MPa and up to 5.5 MPa. This method also comes as cooling gas the gases or gas mixtures listed, and nitrogen or nitrogen-containing ones Mixtures for use.
- the object of the present invention is a method for heat treatment specify metallic workpieces, especially with regard to the quenching process is optimized and by means of which the quality of the heat-treated metallic workpieces can be increased.
- this is achieved by using CO, CO 2 , O 2 , H 2 S, H 2 O vapor, H 3 N, NO 3 , methanol, a saturated and / or unsaturated hydrocarbon as the cooling gas.
- the method according to the invention is proposed that the Cooling gas nitrogen, helium, hydrogen or a mixture of helium and hydrogen is added.
- the cold chamber coupled to a carburizing furnace particularly advantageous with a gas mixture consisting of half each Hydrogen and carbon monoxide.
- a gas mixture consisting of half each Hydrogen and carbon monoxide.
- excellent quenching behavior is not only achieved, it also arises during quenching itself a reducing effect on the quenched Workpiece.
- This has not only improvements in terms of purity and Functionality of the workpiece surface, but also offers the advantage that the gas or gas mixture used for quenching without aftertreatment can be fed directly to a furnace as carbonization gas.
- the H 2 / CO gas mixture mentioned is to be regarded as advantageous not only with regard to the quenching process but also with regard to the carburizing process, since this gas mixture represents an optimal atmosphere for carburizing case-hardening steels.
- thermochemical treatment required reactive gas component in a concentration up to 50 vol .-%, preferably up to 15 vol .-% is added.
- Carbon dioxide / helium cooling gas mixture has a reducing effect and through that Add 10 vol.% Carbon dioxide to nitrogen or 4 vol.% Oxygen to Hydrogen has an oxidizing effect.
- the quenching process can be optimized and the quality of the heat treated metallic workpieces can be improved.
- the required plant engineering Effort compared to the prior art processes not significantly enlarged.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird. Erfindungsgemäß wird als Kühlgas CO, CO2, O2, H2S, H2O-Dampf, H3N, NO3, Methanol, ein gesättigter und/oder ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dem Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasserstoff zugesetzt werden. Hierbei wird der für die thermochemische Behandlung erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugsweise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das
Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke ist
aus der DE-PS 37 36 501 bekannt. Bei diesem wird in dem Ofen, in dem die Wärmebehandlung
erfolgt, während des Abschreckens mit Helium, Wasserstoff oder einem
Gemisch aus Helium und Wasserstoff als Kühlgas ein Kühlgasdruck p zwischen
1 und 4 MPa eingestellt. Zudem wird die Kühlgasgeschwindigkeit v so eingestellt, daß
das Produkt aus Kühlgasdruck p und Kühlgasgeschwindigkeit v zwischen 10 und
250 MPa m/sec liegt.
Die der Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen, beispielsweise in
einem Vakuumofen, nachgeschaltete Abschreckung kann entweder im Ofen selbst
oder einer gasdichten Kammer durchgeführt werden.
Aus der EP-A 0 869 189 ist ein Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke
nach einer Wärmebehandlung bekannt, bei dem ein Kühlgasdruck p im Ofen oder der
Abschreckkammer von mehr als 4 MPa (40 bar), vorzugsweise von mehr als 4 MPa
und bis zu 5,5 MPa, eingestellt wird. Als Kühlgas kommen auch bei diesem Verfahren
die angeführten Gase bzw. Gasgemische sowie Stickstoff oder Stickstoff-enthaltende
Gemische zum Einsatz.
Neben den erwähnten Abschreckverfahren sind seit längerem Abschreckprozesse
bekannt, bei denen das Behandlungsgut in einem Salz- oder Ölbad abgeschreckt
wird. Diese Prozesse sind jedoch insbesondere aus Umweltschutzgründen als
nachteilig anzusehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wärmebehandlung
metallischer Werkstücke anzugeben, das insbesondere hinsichtlich des Abschreckprozesses
optimiert ist und mittels dessen die Qualität der wärmebehandelten
metallischen Werkstücke erhöht werden kann.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß als
Kühlgas CO, CO2, O2, H2S, H2O-Dampf, H3N, NO3, Methanol, ein gesättigter und/oder
ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet wird.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit den genannten Gasen bzw.
Gasgemischen der Abschreckprozeß positiv beeinflußt wird. Derartige Gase bzw.
Gasgemische wirken im wesentlichen in zwei Richtungen. Zum einen wird die
Abschreckwirkung nach einem ähnlichen Mechanismus, wie er von der Zugabe von
Inertgasen bekannt ist, verbessert; zum anderen bewirken die genannten Gase bzw.
Gasgemische eine Verstärkung bzw. Unterstützung der beabsichtigten chemischen
Wirkung, die beispielsweise oxidierend, reduzierend, nitrierend, etc. sein kann. Des
weiteren können schädigende Einflüsse auf während der Wärmebehandlung oder
zuvor auf die abzuschreckenden Werkstücke aufgebrachte Schichten, Diffusionszonen,
etc. verhindert, zumindest jedoch verringert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß dem
Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasserstoff
zugesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren dann besonders vorteilhaft
anwendbar ist, wenn der Abschreckprozeß bzw. die dafür erforderliche Vorrichtung in
den sog. Gasbereich der Wärmebehandlungsanlage integriert werden kann. In diesen
Fällen muß zu der Luft bzw. Umgebungsatmosphäre keine zusätzlich aufwendige
Abschottung erfolgen.
Weiterhin läßt sich beispielsweise die an einen Aufkohlungsofen gekoppelte Kaltkammer
besonders vorteilhaft mit einem Gasgemisch, bestehend jeweils zur Hälfte aus
Wasserstoff und Kohlenmonoxid, betreiben. Bei Verwendung dieses Gasgemisches
wird nicht nur ein ausgezeichnetes Abschreckverhalten erzielt, es stellt sich auch
während des Abschreckens selbst eine reduzierende Wirkung auf das abzuschreckende
Werkstück ein. Dies hat nicht nur Verbesserungen bzgl. der Reinheit sowie der
Funktionalität der Werkstückoberfläche zur Folge, sondern bietet zudem den Vorteil,
daß das zur Abschreckung verwendete Gas bzw. Gasgemisch ohne Nachbehandlung
unmittelbar als Kohlungsgas einem Ofen zugeführt werden kann.
Im Zusammenhang mit diesem Beispiel ist anzumerken, daß das erwähnte H2/CO-Gasgemisch
nicht nur im Hinblick auf den Abschreckprozeß, sondern auch im Hinblick
auf den Aufkohlungsprozeß als vorteilhaft anzusehen ist, da diese Gasmischung eine
optimale Atmosphäre zum Aufkohlen von Einsatzstählen darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der für die thermochemische Behandlung
erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugsweise
bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt wird.
Abhängig von den jeweiligen Kombinationen aus reaktivem Gas und Kühlgas(gemisch)
können oftmals bereits durch die Zugabe geringer Mengen an reaktivem
Gas - gemeint sind hier Mengen im Bereich von Bruchteilen von Prozenten bis zu
wenigen Prozenten - die geschilderten Vorteile erreicht werden.
Beispielsweise wird durch die Zugabe von 0,5 bis 5 Vol.-% Kohlenmonoxid zu einem
Kohlendioxid/Helium-Kühlgasgemisch eine reduzierende Wirkung und durch die
Zugabe von 10 Vol.-% Kohlendioxid zu Stickstoff oder von 4 Vol.-% Sauerstoff zu
Wasserstoff eine oxidierende Wirkung erzielt.
Es ist zudem denkbar, daß die gewünschte Wirkung der Zugabe von reaktivem Gas
erst während des Abschreckprozesses zum Tragen kommt. Dies wird z. B. durch die
Zugabe von 5 Vol.-% Methan erreicht. Das Methan zersetzt sich bei Härtetemperaturen
von ca. 1100°C beim Auftreffen auf die Oberfläche des abzuschreckenden
Werkstückes zu Kohlenstoff und Wasserstoffatomen und entfaltet erst dann seine
reduzierende Wirkung.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
kann der Abschreckprozeß optimiert und die Qualität der wärmebehandelten
metallischen Werkstücke verbessert werden. Hierbei wird der erforderliche anlagentechnische
Aufwand gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Verfahren
nicht wesentlich vergrößert.
Claims (3)
- Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas CO, CO2, O2, H2S, H2O-Dampf, H3N, NO3, Methanol, ein gesättigter und/oder ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasserstoff zugesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die thermochemische Behandlung erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugsweise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt wird.
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