EP1233078B1 - Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken - Google Patents

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EP1233078B1
EP1233078B1 EP02003818A EP02003818A EP1233078B1 EP 1233078 B1 EP1233078 B1 EP 1233078B1 EP 02003818 A EP02003818 A EP 02003818A EP 02003818 A EP02003818 A EP 02003818A EP 1233078 B1 EP1233078 B1 EP 1233078B1
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quenching
furnace space
gas
hydrogen
mixture
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
    • 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
    • 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
    • C21D2241/00—Treatments in a special environment
    • C21D2241/01—Treatments in a special environment under pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for quenching metallic workpieces in a furnace chamber, in particular under superatmospheric pressure, being used as Abschreckgas (mixture) an inert gas or inert gas mixture, in particular nitrogen, argon and / or helium after the metallic workpiece in an evacuated furnace chamber a Heat treatment process was subjected.
  • Abschreckgas mixture
  • an inert gas or inert gas mixture in particular nitrogen, argon and / or helium
  • a so-called forming gas which consists of about 5% hydrogen and about 95% nitrogen, is used.
  • this forming gas By means of this forming gas, a low surface oxidation is achieved on the metallic material to be treated and also worked below the explosion limit.
  • Object of the present invention is to provide a generic method for quenching metallic workpieces, can be reduced or avoided at the tarnish and oxidation phenomena on the surfaces of the metallic workpieces.
  • the nitrogen uptake and the mentioned nitride formation should be reduced.
  • a generic method for quenching metallic workpieces is proposed, which is characterized in that prior to the introduction of the quenching gas (mixture) it is supplied to the still evacuated furnace chamber hydrogen in the furnace chamber, wherein the furnace chamber, however, only as much hydrogen is supplied in that, depending on the quenching pressure, the gas temperature at the end of the quenching process and the composition of the quenching process Quenching gas (mixture), a hydrogen concentration in the quenching gas (mixture) below the explosion limit is reached.
  • hydrogen is fed into the furnace chamber to the still evacuated furnace space.
  • the amount of hydrogen to be supplied to the furnace space depends on the quenching pressure, the gas temperature at the end of the quenching process and the composition of the quenching gas (mixture).
  • the inventive method for quenching metallic workpieces is therefore operated so that the hydrogen concentration in the quenching gas (mixture) is at most 5%.
  • the method according to the invention for quenching metallic workpieces is proposed to be measured or determined before the addition of the hydrogen into the still evacuated furnace space, the pressure prevailing in the furnace chamber.
  • This advantageous embodiment of the method according to the invention for quenching of metallic workpieces serves to ensure an oxygen-free oven space, so that an undesirable and u. U. dangerous mixing of oxygen and hydrogen can be effectively prevented.
  • Such storage or buffer containers are filled as a rule with a defined pressure, so that the introduction of the hydrogen in the furnace chamber or the amount of hydrogen to be introduced into the furnace chamber is controllable.
  • the furnace space is advantageously purged with an inert gas (mixture); additionally or alternatively, flaring of the quenching gas (mixture) leaving the furnace chamber takes place, so that it can be discharged into the atmosphere in a controlled manner.
  • an inert gas mixture
  • flaring of the quenching gas (mixture) leaving the furnace chamber takes place, so that it can be discharged into the atmosphere in a controlled manner.
  • the furnace chamber can then be relieved of pressure and opened to remove the or the metallic workpieces.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken in einem Ofenraum, insbesondere unter überatmosphärischem Druck, wobei als Abschreckgas(gemisch) ein Inertgas oder Inertgasgemisch, insbesondere Stickstoff, Argon und/oder Helium verwendet werden, nachdem das metallische Werkstück in einem evakuierten Ofenraum einem Wärmebehandlungsprozess unterworfen wurde.
  • Gattungsgemäße Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken sind hinlänglich bekannt. Metalle reagieren bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen über 700 °C, sehr empfindlich auf Sauerstoff. Chrom bspw. oxidiert bei 1000 °C bereits bei einem Sauerstoffpartialdruck von ca. 10-23 bar. Des Weiteren resultieren höhere Gehalte, bspw. an Titan, in einer unerwünschten Nitridbildung, aufgrund derer Härterisse auftreten können. Aus der US-A-4 867 808 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke bekannt; als Kühlgas kommen hierbei zur Anwendung: Helium, Wasserstoff, Gemische aus Helium und Wasserstoff oder Gemische aus Helium und/oder Wasserstoff sowie einem Inertgas.
  • Bei einer Vielzahl von Abschreckprozessen kommt ein sog. Formiergas, das aus ca. 5 % Wasserstoff und ca. 95 % Stickstoff besteht, zum Einsatz. Mittels dieses Formiergases wird eine geringe Oberflächenoxidation an den zu behandelnden metallischen Werkstoff erreicht und zudem unterhalb der Explosionsgrenze gearbeitet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken zu schaffen, bei dem Anlauffarben und Oxidationserscheinungen an den Oberflächen der metallischen Werkstücke verringert bzw. vermieden werden können. Darüber hinaus soll die Stickstoffaufnahme sowie die erwähnte Nitridbildung verringert werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass vor dem Einleiten des Abschreckgas(gemisch)es in den Ofenraum dem noch evakuierten Ofenraum Wasserstoff zugeführt wird, wobei dem Ofenraum jedoch nur soviel Wasserstoff zugeführt wird, dass, abhängig von dem Abschreckdruck, der Gastemperatur am Ende des Abschreckprozesses und der Zusammensetzung des Abschreckgas(gemisch)es, eine Wasserstoffkonzentration in dem Abschreckgas(gemisch) unterhalb der Explosionsgrenze erreicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr (unmittelbar) nach dem Wärmebehandlungsprozess und noch vor dem Einleiten des Abschreckgas(gemisch)es in den Ofenraum dem noch evakuierten Ofenraum Wasserstoff zugeführt. Die Menge des dem Ofenraum zuzuführenden Wasserstoffes ist jedoch abhängig von dem Abschreckdruck, der Gastemperatur am Ende des Abschreckprozesses sowie der Zusammensetzung des Abschreckgas(gemisch)es.
  • In vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken daher so betrieben, dass die Wasserstoff-Konzentration in dem Abschreckgas(gemisch) maximal 5 % beträgt.
  • Durch die Zugabe des Wasserstoffes in den noch evakuierten Ofenraum vor der Zugabe des Abschreckgas(gemisch)es werden folgende Vorteile erreicht:
    • Verringerung bzw. Vermeidung der Bildung von Anlauffarben und Oxidationserscheinungen an der Oberfläche der metallischen Werkstücke
    • Verringerung der Stickstoffaufnahme sowie Nitridbildung aufgrund der mit der Zugabe des Wasserstoffes verbundenen geringfügigen Temperaturabsenkung
    • Ausbildung von blankeren Oberflächen, so dass weniger Nacharbeiten anfallen
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken weiterbildend wird vorgeschlagen, dass vor der Zugabe des Wasserstoffes in den noch evakuierten Ofenraum der in dem Ofenraum herrschende Druck gemessen bzw. ermittelt wird.
  • Diese vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abschrecken von metallischen Werkstücken dient der Gewährleistung eines sauerstofffreien Ofenraumes, so dass ein unerwünschtes und u. U. gefährliches Vermischen von Sauerstoff und Wasserstoff wirkungsvoll verhindert werden kann.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt die Zugabe des Wasserstoffes in den noch evakuierten Ofenraum möglichst rasch bzw. schlagartig, wozu der Wasserstoff vorzugsweise aus einem Speicher- oder Pufferbehälter, der vorzugsweise direkt an den Ofenraum angeschlossen ist, in diesen entspannt wird.
  • Derartige Speicher- bzw. Pufferbehälter sind im Regelfall mit einem definierten Druck befüllt, so dass die Einleitung des Wasserstoffes in Ofenraum bzw. die Menge des einzuleitenden Wasserstoffes in den Ofenraum kontrollierbar ist.
  • Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn auch die Zugabe des Abschreckgas(gemisch)es in den Ofenraum -bspw. ebenfalls durch Entspannung aus einem Speicher- oder Pufferbehälter - möglichst rasch bzw. schlagartig erfolgt.
  • Nach Beendigung des Abschreckprozesses wird der Ofenraum vorteilhafterweise mit einem Inertgas(gemisch) gespült; zusätzlich oder alternativ dazu erfolgt ein Abfackeln des aus dem Ofenraum austretenden Abschreckgas(gemisch)es, so dass dieses kontrolliert in die Atmosphäre abgegeben werden kann.
  • Nach dem bzw. den vorgenannten Schritten kann der Ofenraum dann druckentlastet und zur Entnahme des oder der metallischen Werkstücke geöffnet werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken in einem Ofenraum, insbesondere unter überatmosphärischem Druck, wobei als Abschreckgas(gemisch) ein Inertgas oder Inertgasgemisch, insbesondere Stickstoff, Argon und/oder Helium verwendet werden, nachdem das metallische Werkstück in einem evakuierten Ofenraum einem Wärmebehandlungsprozess unterworfen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einleiten des Abschreckgas(gemisch)es in den Ofenraum dem noch evakuierten Ofenraum Wasserstoff zugeführt wird, wobei dem Ofenraum jedoch nur soviel Wasserstoff zugeführt wird, dass, abhängig von dem Abschreckdruck, der Gastemperatur am Ende des Abschreckprozesses und der Zusammensetzung des Abschreckgas(gemisch)es, eine Wasserstoff-Konzentration in dem Abschreckgas(gemisch) unterhalb der Explosionsgrenze erreicht wird.
  2. Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Konzentration in dem Abschreckgas(gemisch) maximal 5 % beträgt.
  3. Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zugabe des Wasserstoffes in den noch evakuierten Ofenraum der in dem Ofenraum herrschende Druck gemessen bzw. ermittelt wird.
  4. Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des Wasserstoffes in den noch evakuierten Ofenraum schlagartig, vorzugsweise durch eine Entspannung aus einem Speicher- oder Pufferbehälter, erfolgt.
  5. Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des Abschreckgas(gemisch)es in den Ofenraum ebenfalls schlagartig, vorzugsweise durch eine Entspannung aus einem Speicher- oder Pufferbehälter, erfolgt.
  6. Verfahren zum Abschrecken von metallischen Werkstücken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Abschreckprozesses der Ofenraum mit einem Inertgas(gemisch) gespült wird und/oder ein Abfackeln des aus dem Ofenraum austretenden Abschreckgas(gemisch)es erfolgt.
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