NO823887L - Fremgangsmaate ved settherding av metalliske arbeidsstykker - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved settherding av metalliske arbeidsstykker, hvor arbeidsstykkene utsettes for innvirkning av en carbonholdig gassblanding som én eller flere carbonholdige gasskomponenter pulserende tilsettes til mens gassblandingen innvirker på arbeidsstykkene.

Ved den pulserende tilsetning av de carbonholdige gasskomponenter fås ved en fremgangsmåte av den ovennevnte type et stort carbonpotensialfall. En pulserende tilsetning av en carbonholdig gasskomponent innebærer at denne tilsettes til gassblandingen i løpet av flere sykluser som er sammensatt av forskjellige faser. I den første fase av en syklus blir den carbonholdige gass pulserende tilsatt til gassblandingen, og gassatmosfærens carbonpotensial heves til et bestemt nivå.

I den annen fase avbrytes tilførselen av carbonholdig gass, dvs. at ingen carbonholdig gass blir tilført til gassblandingen. Derved synker gassatmosfærens carbonpotensial.

Ved denne fremgangsmåte blir verkstykket sterkt over-oppkullet i et meget tynt skikt. Den påfølgende diffusjon som finner sted i den annen fase, forløper meget hurtig og frembringer ny opptakskapasitet for carbon i arbeidsstykkets randskikt.

På grunn av en pulserende tilsetning av carbonholdige gasskomponenter er det mulig å oppnå en høy, jevn carboninn-føring til over metning. Ved denne type av settherding dannes carbider som i en viss grad oppløses i løpet av den annen fase av en syklus. En fullstendig oppløsning av de meget stabile carbidforbindelser har imidlertid hittil ikke vært mulig i løpet av en syklus.

Spesielt denne kjensgjerning hindret anvendelse av den kjente fremgangsmåte i en gjennomskyvningsovn som arbeidsstykker (charger) passerer gjennom i løpet av flere tidsmessig konstante perioder.

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte av den ovennevnte type, hvor arbeidsstykker jevnt kan oppkulles hh<y>. carbonitreres og dannede carbider vidtgående kan fjernes.

Det særpregede ved den foreliggende fremgangsmåte av den ovennevnte type er at tilførselen av den carbonholdige gasskomponent eller -komponenter avbrytes efter flere sykluser som. hyer består av en fase med pulserende tilførsel av carbonholdig gass og en derpå følgende fase uten tilførsel av carbonholdig gass, og at tilførselen gjenopptas først efter for-løpet av en pause som er lang i forhold til varigheten av en syklus.

Ifølge oppfinnelsen blir oppkullings- hhv. carbonnitrer-ingsprosessen ikke utelukkende delt i sykluser som består av to faser. Ved den foreliggende fremgangsmåte for settherding anvendes derimot flere intervaller som hvert består av flere sykluser med påfølgende pause. Med sykluskall, som for den kjente fremgangsmåte, en kortvarig tilførsel av et hydrocarbon til gassblandingen med påfølgende avbrytelse av hydrocarbon-tilførselen forstås.

Ved den kjente fremgangsmåte synker carbonpotensialet aldri til null i løpet av settherdeprosessen. Derved unngås det ved hjelp av den pulserende tilførsel av hydrocarboner at sotdannelsensgrensen overskrides. Den foreliggende fremgangsmåte er basert på den erkjennelse at varigheten av fasen i løpet av hvilken intet hydrocarbon tilføres til gassblandingen for en syklus, ikke er tilstrekkelig for å oppnå en optimal diffusjon og en oppløsning av de meget stabile carbidforbindelser.

På grunn av de spaltede hydrocarboners meget sterke reaktivitet er den egentlige pppkullingsprosess ytterst kortvarig sammenlignet med diffusjonsfasen. Dens varighet er avhengig av den aktuelle oppkullingsdybde. Jo større denne er, desto langsommere vil det nytilførte carbon diffundere innad.

Ifølge oppfinnelsen oppnås, som ved den kjente fremgangsmåte, et meget høyt carbonpotensial ved begynnelsen av et intervall. Efter flere sykluser innføres imidlertid en pause som er langvarig i forhold til varigheten av en syklus.

I løpet av/.denne pause synker carbonkonsentrasjonen i arbeidsstykkets randområde innenfor hvert intervall. Ved begynnelsen av det neste intervall er derfor carboninnholds-gradienten og dermed carbonovergangen i arbeidsstykket meget høy. Den i løpet av en syklus tilførte mengde av carbonholdig gass hhv f antallet av sykluser velges slik at tilførselen av den carbonholdige gass stanses straks en metning av carbon er blitt oppnådd i arbeidsstykkets randskikt. Den samlede oppkullingstid utgjøres av de tidsavsnitt i løpet av hvilke carbon innføres i arbeidsstykket, og av de tidsavsnitt innenfor hvilke carbonet diffunderer i arbeidsstykket. Ifølge oppfinnelsen er varigheten av carboninnføringen vesentlig kortere enn varigheten av diffusjonen.

Det er blitt fastslått at ved den foreliggende fremgangsmåte fås en oppløsning av de meget stabile carbider i løpet av et intervall, slik at arbeidsstykket får en frem-ragende, randoxydasjonsfri overflatekvalitet. På grunn av dette særtrekk kan den foreliggende fremgangsmåte også anvendes i forbindelse med gjennomskyvningsovner.

Det har dessuten vist seg at sammenlignet med den kjente fremgangsmåte er det tilstrekkelig med et vesentlig mindre antall sykluser for å oppnå den samme herdedybde. Dessuten er det gjennomsnittlige forbruk av carbonholdig gass, f.eks. propan, lavere ved den foreliggende fremgangsmåte enn ved den kjente fremgangsmåte.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte hvor nitrogen tilføres til gassblandingen,

blir den tilførte nitrogenmengde pr. tidsenhet øket i løpet av varigheten av den pulserende tilførsel av den carbonholdige gasskomponent eller -komponenter.

Ifølge denne utførelsesform blir ovnen som arbeidsstykkene behandles i, hele tiden tilført nitrogengass for å

sikre at det i ovnsrommet opprettholdes en inert basisgass-atmosfære.

Når den valgte oppkullingstemperatur er blitt nådd, økes nitrogenmengden så lenge den pulserende hydrocarbontilførsel varer, for at konsentrasjonen av hydrocarbonradikalene ikke skal bli for høy. Hvis ikke ville disse ha reagert med hverandre og ha dannet sot og ikke lenger ha bidratt til opp-kullingen,

Ifølge et særtrekk ved den foreliggende fremgangsmåte

er det spesielt økonomisk dersom pausen er 10-100 ganger lenger enn varigheten av de forutgående sykluser. Ifølge denne utførelsesform tas som tidligere vidtgående hånd om

carbidfojrbindelser, men varigheten ay settherdeprosessen er likevel minimal,

Diffusjonsprosessen forløper langsommere med tiltagende oppkullingsdybde på grunn av carbonpotensialgradienten som blir mindre. Det er derfor fordelaktig å forlenge pausene med tiltagende varighet av oppkullingsforløpet.

Ved den foreliggende fremgangsmåte er det mulig å foreta en spesielt enkel styring når ifølge en foretrukken utførelses-form varigheten av syklusene holdes konstant i løpet av settherdingen. Den carbonholdige gass blir derfor pulslignende innført i ovnsrommet i konstante tidsintervaller.

Ifølge en ytterligere utførelsesform av den foreliggende Oppfinnelse dannes gassatmosfæren utelukkende av en inert gass, spesielt nitrogen, og en carbonholdig gass, spesielt propan.

Et utførelseseksempel på den foreliggende fremgangsmåte er nærmere beskrevet nedenfor i tilknytning til skjematiske skisser. Av disse viser Fig. 1 skjematisk et anlegg som den foreliggende fremgangsmåte kan utføres i, og Fig. 2 tidsforløpet for carboninnholdet i oppkullings-gassen.

En glødeovn 1 står via en ledning 2 i forbindelse med

en sotføler 3 og en styreenhet 4. Ifølge oppfinnelsen blir gasskomponenten bestående av nitrogen og et hydrocarbon, propan ifølge utførelseseksemplet, ledet inn i glødeovnen 1. For dette formål anvendes tilførselsledninger 5 (nitrogen)

og 6 (propan). Tilførselen av nitrogen og propan som tas fra egnede tanker i hvilke disse komponenter lagres i flytende tilstand, styres ved hjelp av ventiler 7,8,9,10 og 11. Nitrogen og propan blandes før de kommer inn i glødeovnen 1, og.blandingen ledes via en ledning 12 inn i ovnen. Når chargen innføres i ovnsrommet, er ventilen 9 i en ledning 13 åpen, mens ventilene 7 og 10 er stengt. Ovnsatmosfæren består på dette tidspunkt i det vesentlige av nitrogen. Oppkullings- hhv. carbonitreringsforløpet begynner stra,ks en egnet temperatur av 800-1000°C er blitt nådd i ovnen. Ifølge oppfinnelsen åpnes magnetventilen 10 for å utsette arbeids-

stykkene i ovnsrommet for en gassblanding med høyt carbonpotensial. Ventilen 10 åpnes og stenges i tidsmessig konstante intervaller ved hjelp av styreenheten 4. I løpet av settherdingen blir ifølge oppfinnelsen hele tiden en viss mengde nitrogen innført i ovnen pr. tidsenhet. I løpet av de faser innenfor hvilke propan kortvarig innføres i ovnen, blir den tilførte nitrogenmengdeøket for å unngå at konsentrasjonen av hydrocarbonradikaler blir for høy. Radikalene ville ellers ha reagert med hverandre og ha dannet sot. For dette formål blir magnet .ventilen . 7 i en f orbipasseringsledning 14 åpnet av styreenheten 4.

Propanet er ustabilt og spaltes spontant ved de høye temperaturer som hersker i glødeovnen. Spaltningsproduktene er meget reaktive og muliggjør en hurtig forløpende metning a,v arbeidsstykkets randskikt med carbon. På grunn av den be-tydelige carbonpotensialgradient som derved oppstår mellom arbeidsstykkets overflate og kjernen, diffunderer carbonet hurtig inn i arbeidsstykkets randskikt.

Sot kan nu dannes i gassblandingen. Propanmengden blir redusert før en minimal sotverdi blir nådd. De verdier som registreres av føleren 3, overføres til styreenheten 4 i hvilken måleverdien sammenlignes med et på forhånd gitt skalverdisignal. En forskjell mellom måleverdisignalet og skalverdisignalet blir omsatt til et signal ved hjelp av hvilket styreventilen 11 i propantilførselsledningen 6 blir styrt.

Når sotverdien overskrider skalverdien, blir propanmengden redusert ved hjelp av styreventilen 11 inntil den foreliggende verdi og skalverdien igjen overensstemmer med hverandre,

Efter flere sykluser hvor propan kortvarig innføres i ovnen i løpet av en første fase hhv. propantilførselen avbrytes i løpet av en annen fase, blir ventilen 10 ved hjelp av styreenheten 4 stengt i en pause som varer lengre enn de forutgående, sykluser, og bare nitrogen blir via ledningen 13 med ventilen 9 innført i ovnen. I løpet av denne pause synker igjen carbonkonsentrasjonen i arbeidsstykkets randområde, slik at når intervallet som utgjøres av flere sykluser med påfølgende pause, påbegynnes, er gradienten og dermed carbonQ.yerga,ngen inn i arbeidsstykket høye. I pausene diffunderer carbonet ikke bare inn i arbeidsstykket, men de uønskede carbider på arbeidsstykkets overflate blir også gjenoppløst og fjernet.

Efter flere intervaller blir ventilene 7 og 10 stengt

og arbeidsstykkets temperatur senket til herdetemperaturen.

På Fig. 2 er carboninnholdet i gassblandingen (f.eks.

i yolum%) skjematisk avsatt i forhold til tiden (i sekunder).

Et intervall av den foreliggende fremgangsmåte og som yarer fra nulltidspunktet til tidspunktet T' er i det vesentlige vist. Ved begynnelsen av intervallet øker carboninnholdet i gassblandingen kortvarig i flere sykluser som hver varer i en tid t. En syklus utgjøres av fasen I (varighet t^) og fasen II (varighet t2)•

Som allerede forklart blir propan pulserende tilsatt til gassblandingen i løpet av fase I, mens intet propan tilsettes til gassblandingen i løpet av fase II. Av denne grunn øker carboninnholdet i løpet av fase I og synker i løpet av fase II. I løpet av syklusene synker carboninnholdet imidlertid ikke til 0. Først i løpet av den pause (varighet T) som kommer efter flere sykluser (på skissen er bare de første fire sykluser i det første intervall vist), og i løpet av hvilket intet propan tilføres til ovnen,synker carboninnholdet til 0.

Et typisk intervall omfatter f.eks. inntil 15 sykluser. Tilførselsperiodene er avhengige av ovnsvolumet og ovnens tetthet. Fasen I varer f.eks. 5-15 s, mens fasen II derimot va,rer 15-60 s. Efter flere sykluser (f .eks. 10 sykluser med en samlet varighet av 5 minutter) kommer en pause på f.eks. T=30 minutter, slik at et intervall varer i ca. 35 minutter. For den samme herdedybde blir ved den foreliggende fremgangsmåte antallet av sykluser redusert med en faktor på

C3. 3 i forhold til ved den kjente fremgangsmåte.

Det kan derfor konkluderes med at ved :den-foreliggende fremgangsmåte er det mulig å oppnå en hurtig settherding av arbeidsstykker ved et lavt forbruk av carbonbærermateriale. Da carbider som dannes, blir gjenoppløst ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte, kan'også gjennomskyvningsovner anvendes ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte .

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved settherding av metalliske arbeidsstykker, hvor arbeidsstykkene utsettes for innvirkning av en carbonholdig gassblanding til hvilken én eller flere carbonholdige gasskomponenter pulserende tilføres mens den innvirker på arbeidsstykkene, karakterisert vedat tilfø rselen av den carbonholdige gasskomponent eller -komponenter avbrytes efter flere sykluser som hver utgjøres av en fase med den pulserende tilførsel av carbonholdig gass og en påfø lgende fase uten tilførsel av carbonholdig gass, og først gjenopptas efter forløpet av en pause som er langvarig sammenlignet med varigheten av en syklus.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 hvor en N-holdig gassblanding anvendes, karakterisert ved at nitrogenmengden som til-føres pr. tidsenhet,ø kes mens den pulserende tilførsel av den carbonholdige gasskomponent eller -komponenter finner sted.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en pause som er 10-100 ganger lengre enn en syklus.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at pausene forlenges med økende varighet av oppkullingsforløpet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at varigheten a.v syklusene holdes konstant under settherdingen.

6. Fremgangsmåte ifølge kray 1-5, karakterisert ved at det anvendes en gass-a.tmosfære som utelukkende er dannet av en inert gass, spesielt nitrogen, og en carbonholdig gass eller flere carbonholdige gasser, spesielt propan.