NO813284L - Fremgangsmaate for settherding av metalliske arbeidstykker - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for settherding

av metalliske arbeidsstykker, hvor disse ved høye temperaturer utsettes for innvirkning av en carbonholdig gassblanding i en ovn.

Settherding er en metode for varmebehandling av

metaller i nærvær av en carbonholdig hhv. nitrogenholdig gassblanding, hvor et metallisk arbeidsstykkes randskikt behandles termokjemisk med carbon og eventuelt nitrogen (oppkulling hhv. carbonitrering). Ved varmebehandlingen

blir arbeidsstykkets kjemiske sammensetning forandret på

grunn av inn- eller utdiffundering av carbon hhv. nitrogen.

Transporten av det gassformige oppkullingsmiddel til arbeidsstykket kan f.eks. ved anvendelse av en hurtig opp-kullende gassatmosfære utgjøre det hastighetsbestemmende trinn av oppkullingsforløpet. Spesielt i forbindelse med tettpakkede charger, bulkgods eller geometrisk ugunstige deler fås da ikke lenger en tilstrekkelig hurtig transport

■til de «begunstigede arbeidsstykkeoverflater, og dette fører til en utilstrekkelig oppkulling (f.eks. for tannhjul i tanngropen) hhv. til myke flekker.

Hittil er det blitt forsøkt å unngå disse ugunstige oppkullingsresultater ved hjelp av optimale konstruksjoner av luftesysternet hhv. ved å øke gassgjennomløpsmengden.

Det er dessuten kjent å tilsette oppkullingsmidlet, f.eks. methan, i perioder til gassatmosfæren som anvendes for varmebehandlingen. Ved denne "periodiske oppkulling"

blir oppkullingsmidlet tilsatt i to eller tre tidsperioder som er avbrutt av pauser i løpet av hvilke intet oppkullingsmiddel tilføres og diffusjonen av carbonet hhv. nitro-genet inn i det metalliske arbeidsstykkes randområde finner sted. I forhold til varmebehandlingens varighet varer disse perioder forholdsvis lenge (fra noen minutter til ca. 1

time).

Ved hjelp av de kjente forholdsregler kan det imidlertid ikke med sikkerhet utelukkes at det i chargen danner seg dødrom i hvilke oppkullingsmidlet blir bare langsomt ut-byttet.

.i

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveie bringe en fremgangsmåte av den ovenfor angitte type, hvor en jevn overflatekvalitet for alle behandlede metalliske arbeidsstykker oppnås ved hjelp av varmebehandlingen.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at det

i gassblandingen fremkalles trykksvingninger med en periode som er vesentlig kortere enn varigheten av varmebehandlingen.

Ifølge oppfinnelsen blir en gassbevegelse fremtvunget under varmebehandlingsprosesserv ved-å benytte stadige trykk-vekslinger for den samlede atmosfære og derved også i nær-heten av geometrisk ugunstige metålldeler. På grunn av trykkvekslingen innstiller det seg en vidtgående homogen gassatmosfære i alle områder av ovnen. Transporten av oppkullingsmidlet hhv. carbonitreringsmidlet til arbeids-

stykket finner derfor jevnt og tilstrekkelig hurtig sted til alle steder av arbeidsstykket som skal behandles, slik at carbonpotensialet under oppkullingsforløpet har nesten samme verdi på alle steder av arbeidsstykkets overflate.

En utilstrekkelig oppkulling av ubegunstigede arbeidsstykkeoverflater hhv. en for sterk oppkulling av begunstigede arbeidsstykkeoverflater blir derfor unngått. Da en jevn oppkulling hhv. carbonitrering finner sted på alle over-flateområder, må det ikke lenger tas hensyn.til en sotut-skillelse på geometrisk foretrukne steder når en viss opp-kullings- hhv. oppnitreringsdybde skal oppnås på ugunstige steder. Randsonens beskaffenhet for de arbeidsstykker som er blitt behandlet ved den foreliggende fremgangsmåte, blir av denne grunn forbedret da det er overflødig å tilføre oxygen til disse for å ta hånd om sotavsetninger.

Foruten en forbedret oppkulling fås ved den foreliggende fremgangsmåte også en forkortelse av den samlede opp-kullingsprosess da et høyt carbonpotensialfall oppnås mellom arbeidsstykkets overflate og arbeidsstykkets kjerne og dette potensialfall dessuten virker som drivende dif-fus jonskraft./

Det er prinsipielt mulig å fremskaffe trykksving-

ningene ved hjelp av egnede innretninger, f.eks. et beveg-

bart stempel med et slagvolum som er avpasset i forhold til ovnens størrelse. Ifølge en fordelaktig utførelsesform av

den foreliggende fremgangsmåte dannes imidlertid gassblandingen av minst to komponenter, idet trykksvingningene fremskaffes ved pulserende tilførsel av én av komponentene eller ved pulserende tilførsel av hver av flere komponenter til ovnen.

Disse fremgangsmåtevarianter er spesielt gunstige når ovnsatmosfæren dannes utenfor ovnen av to eller flere komponenter som lagres separat og blandes under overtrykk og innføres i ovnen. Hver av de enkelte gasskomponenter kan innblandes pulserende i de øvrige komponenter ved enkel åpning og lukking av de angjeldende :ffoTfå.dsledninger. For dette formål er det for hver komponent bare nødvendig med ett stengeorgan som eventuelt kan betjenes automatisk.

Ifølge en utførelsesform av disse fremgangsmåtevarianter hvor gassblandingen dannes av en inert bærergass, en carbon- og/eller nitrogenholdig gass : og en oxygenholdig gass, fremskaffes trykksvingningene ved pulserende tilsetning av den inerte bærergass og/eller den carbon- og/eller nitrogenholdige gass og/eller den oxygenholdige gass. Det er derved mulig å velge amplityde og frekvens for trykksvingningene forskjellig for de enkelte gasskomponenter. Således kan trykksvingningene for den inerte bærergass avpasses slik at det i ovnen fås en jevn gassbevegelse som bl.a. er avhengig av ovnens størrelse, mens trykksvingningene for den carbon- hhv. nitrogenholdige gass primært avpasses for i tilstrekkelig mengde å tilveiebringe det nødvendige carbon hhv. nitrogen for settherdingen.

Ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte kan med fordel et hydrocarbon med flere enn ett carbonatom anvendes som carbonholdig gass. Slike hydrocarboner blir ustabile ved de temperaturer som hersker i ovnen, og spaltes til flere gassformige radikaler. På grunn av det konstante ovnsvolum adfølges spaltningen av en trykkøkning som blir høyere jo flere radikaler som dannes. Denne virkning over-lagrer de trykksvingninger som frembringes ved hjelp av den pulserende tilførsel, og forsterker disse svingninger. Ifølge en fordelaktig utførelsesform av den forelig gende fremgangsmåte blir trykksvingninger fremskaffet i gassblandingen som arbeidsstykkene som skal behandles utsettes for, ved at stengeanordninger som avtetter ovnsrommet, f.eks. eksplosjonsspjeld, åpnes og lukkes. Gassblandingen som befinner seg under overtrykk i ovnen, trykkavspennes til atmosfæretrykk ved åpning og bringes igjen til overtrykk efter stengningen.

Ifølge et særtrekk ved den foreliggende fremgangsmåte blir trykksvingningenes frekvens regulert i avhengighet av ovnsatmosfærens innhold av methan og/eller hydrogen og/eller sot.

Nedenfor er to forsøk beskrevet i forbindelse med det vedheftede diagram, og resultatet av disse forsøk viser tydelig de forbedringer som oppnås ved hjelp avden foreliggende fremgangsmåte (forsøk 1) sammenlignet med den kjente fremgangsmåte (forsøk 2).

For begge forsøk ble de følgende parametre ikke forandret:

Bare arten av propantilførselen ble variert:

For forsøk 1: Propantilførsel Im<3>i løpet av 2 timer pul serende 15 s propantilførsel (ovnsovertrykk 90 mbar)

60 s ingen propantilførsel (trykk 3 m bar)

For forsøk 2: Propantilførsel lm 3 i 2 timer jevn

ingen trykksvingninger (trykk 40 m bar)

Den forskjellige oppkullingsvirkning ved den foreliggende fremgangsmåte og den kjente fremgangsmåte blir tydelig dersom herdeforløpet for sylindriske dobbelttannhjul (materiale 16 MCr5) betraktes som ved forsøk 1 ble sett-herdet i overensstemmelse med den foreliggende fremgangsmåte og ved forsøk 2 i overensstemmelse med den kjente fremgangsmåte. Tegningen viser at på målestedet Ml var herdedybden ved forsøk 1 (kurve 1) større enn ved forsøk 2 (kurve 2).

Den forskjellige oppkullingsvirkning ved de to frem-gangsmåter blir ennu tydeligere dersom herdeforløpet måles på det geometrisk ugunstige målested M2. Herdeforløpet på målestedet M2 for et sylindrisk tannhjul fra forsøk 1 svarer til kurven 2, men ved forsøk 2 ble derimot ingen herding til over 416 HV oppnådd på målestedet M2.

Det kan derfor konkluderes med at ved den foreliggende fremgangsmåte fås ikke bare en hurtigere, men også en forbedret, oppkulling, spesielt på geometrisk ugunstige steder.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved settherding av metalliske arbeidsstykker, hvor disse ved høye temperaturer utsettes for innvirkning av en carbonholdig gassblanding.:i en ovn, karakterisert ved at det i gassblandingen fremkalles trykksvingninger med en periode som i forhold til varigheten av varmebehandlingen er vesentlig kortere.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat gassblandingen dannes av minst to komponenter, idet trykksvingningene fremskaffes ved pulserende tilførsel av en komponent eller ved pulserende tilførsel av hver av flere komponenter,til ovnen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gassblandingen dannes av en inert bærergass, en carbon- og nitrogenholdig gass og en oxygenholdig gass, og at trykksvingningene fremkalles ved pulserende tilblanding av den inerte bærergass og/eller den carbonholdige gass og/eller den oxygenholdige gass til de øvrige komponenter.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det som carbonholdig gass anvendes et hydrocarbon med minst to carbonatomer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at trykksvingningene fremkalles i gassblandingen som befinner seg under overtrykk, ved å åpne og lukke avstengningsinnretninger som virker av-tettende mot ovnsinnerrommet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at trykksvingningenes frekvens reguleres i avhengighet av ovnsatmosfærens methan-og/eller hydrogen- og/eller sotinnhold.