RU64632U1

RU64632U1 - INSTALLATION FOR CATALYTIC GAS NITROGENING STEELS AND ALLOYS

Info

Publication number: RU64632U1
Application number: RU2006142210/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Яковлевич Сыропятов
Original assignee: Ооо "Солнечногорский Зто "Накал"
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-07-10

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для химико-термической обработки сталей и сплавов в газовых средах с использованием автоматического управления.The utility model relates to devices for chemical-thermal treatment of steels and alloys in gaseous media using automatic control.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели состоит в значительном повышении надежности и стабильности технологических процессов, а также в сокращении времени азотирования за счет обеспечения комплексной автоматизации процессов.The technical result achieved by the implementation of this utility model is to significantly increase the reliability and stability of technological processes, as well as to reduce nitriding time by providing comprehensive automation of processes.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для каталитического газового азотирования сталей и сплавов, содержит нагревательную печь с муфелем или без муфеля, расположенный в печи узел каталитического воздействия на технологические газы, средства подачи, смешения, порционирования и отвода технологических газов и устройство косвенного контроля и управления азотного потенциала печной атмосферы, согласно полезной модели, устройство косвенного контроля и управления азотного потенциала печной атмосферы выполнено в виде кислородного сенсора, вторичного преобразователя с индикацией азотного потенциала в весовых единицах содержания азота в железе и исполнительного органа, а узел каталитического воздействия на технологические газы расположен в печи на линии подачи технологических газов.The specified technical result is achieved by the fact that the installation for catalytic gas nitriding of steels and alloys contains a heating furnace with or without a muffle, an assembly of catalytic effect on process gases, means for feeding, mixing, portioning and removing process gases and an indirect control device in the furnace and control of the nitrogen potential of the furnace atmosphere, according to a utility model, the device for indirect monitoring and control of the nitrogen potential of the furnace atmosphere is made in de oxygen sensor, a secondary transducer with indication nitrogen potential in weight units the content of nitrogen in the iron and the executive authority and node catalytic effect on the process gases in the furnace is located on a line feeding the process gases.

Кислородный сенсор выполнен в виде твердоэлектролитного датчика напряжения или в виде полупроводникового датчика сопротивления и имеет автономную систему термостабилизации.The oxygen sensor is made in the form of a solid-state voltage sensor or in the form of a semiconductor resistance sensor and has an autonomous thermal stabilization system.

Узел каталитического воздействия выполнен в виде емкости с катализатором, который выполнен из вспененной керамики в виде таблеток.The catalytic impact unit is made in the form of a container with a catalyst, which is made of foamed ceramic in the form of tablets.

Нагревательная печь оборудована электронагревателями или газовыми горелками.The heating furnace is equipped with electric heaters or gas burners.

Вторичный преобразователь выполнен с возможностью обеспечения стандартного выходного сигнала, пропорционального прогнозируемой концентрации азота в железе.The secondary converter is configured to provide a standard output signal proportional to the predicted concentration of nitrogen in the iron.

Вторичный преобразователь имеет интерпретатор выходного сигнала кислородного сенсора в виде фазового состава в соответствии с бинарной диаграммой «железо-азот».The secondary converter has an interpreter of the output signal of the oxygen sensor in the form of a phase composition in accordance with the binary diagram "iron-nitrogen".

Вторичный преобразователь выполнен с возможностью компьютерного отображения диффузионных процессов с графическим изображением фазового состава, концентрации азота и распределения микротвердости диффузионного слоя в реальном времени.The secondary converter is capable of computer display of diffusion processes with a graphical representation of the phase composition, nitrogen concentration and microhardness distribution of the diffusion layer in real time.

Description

Известна установка для азотирования сталей и сплавов в каталитически обработанном аммиаке, содержащая электропечь с муфелем либо без муфеля, емкость с аммиаком, магистрали подвода и отвода газов, устройства смешения и порционирования газов, а на магистрали подвода газов к электропечи установлена емкость с катализатором. Однако она не содержит средств косвенного контроля процесса насыщения железа азотом из газовой фазы.A known installation for nitriding steel and alloys in catalytically treated ammonia, containing an electric furnace with a muffle or without a muffle, a tank with ammonia, gas supply and exhaust lines, gas mixing and batching devices, and a catalyst tank is installed on the gas supply line to the electric furnace. However, it does not contain means of indirect control of the process of saturation of iron with nitrogen from the gas phase.

(Патент РФ №2109080 МПК С23С 8/24 опубл. 20.04.1998 г.)(RF patent No. 2109080 IPC S23C 8/24 publ. 04/20/1998)

Известны средства косвенного контроля газовой фазы, применяемые в газовом азотировании, карбонитрировании и каталитическом газовом азотировании. Однако, в них за азотный потенциал принято соотношение парциальных давлений аммиака и водорода в печной атмосфере, что, как показала практика, не дает информации о реальной картине процесса газового азотирования.Known means of indirect control of the gas phase used in gas nitriding, carbonitriding and catalytic gas nitriding. However, in them the ratio of the partial pressures of ammonia and hydrogen in the furnace atmosphere is taken as the nitrogen potential, which, as practice has shown, does not provide information about the real picture of the gas nitriding process.

(Лахтин Ю.М. и др. Теория и технология азотирования. М., «Металлургия», 1991, с.39-55).(Lakhtin Yu.M. et al. Theory and Technology of Nitriding. M., Metallurgy, 1991, pp. 39-55).

Основным их недостатком является применение устаревших принципов оценки газовой фазы в процессе диффузионного насыщения железа азотом и, как следствие, невозможность реального управления этим процессом.Their main drawback is the use of outdated principles for estimating the gas phase in the process of diffusion saturation of iron with nitrogen and, as a consequence, the impossibility of real control of this process.

Известна установка, для газовой низкотемпературной химико-термической обработки стали и сплавов, содержащая электропечь с муфелем, емкость с аммиаком, магистрали подвода и отвода газов, емкость с катализатором, установленную внутри печного пространства и твердоэлектролитный кислородный датчик погружного типа. Установлена взаимосвязь, между сигналом твердоэлектролитного датчика и содержанием азота в железе. Для удобства управления процессом, азотный потенциал предложено считать равным концентрации азота в железе после достижения последним равновесия с газовой фазой.A known installation for gas low-temperature chemical-thermal treatment of steel and alloys, containing an electric furnace with a muffle, a container with ammonia, gas supply and exhaust lines, a container with a catalyst installed inside the furnace space and an immersion solid-state oxygen sensor. The relationship between the signal of the solid electrolyte sensor and the nitrogen content in iron is established. For convenience of process control, it was proposed to consider the nitrogen potential equal to the concentration of nitrogen in iron after the latter reaches equilibrium with the gas phase.

(Зинченко В.М. и др. Азотный потенциал: современное состояние и концепция развития. М., «Машиностроение», 2003, с.40-50).(Zinchenko V.M. et al. Nitrogen Potential: Current Status and Development Concept. M., "Mechanical Engineering", 2003, pp. 40-50).

Данное техническое решение является ближайшим аналогом и принято за прототип для предлагаемой установки.This technical solution is the closest analogue and is taken as a prototype for the proposed installation.

Основным недостатком прототипа является отсутствие аппаратуры, позволяющей автоматически в реальном времени определять величину азотного потенциала по сигналам датчика. Оператор в данном случае должен измерить сигналы датчика по кислороду и температуре, с помощью номограмм определить величину азотного потенциала и только после этого принять решение о корректировке процесса.The main disadvantage of the prototype is the lack of equipment that allows you to automatically in real time determine the value of the nitrogen potential from the sensor signals. In this case, the operator must measure the sensor signals by oxygen and temperature, use the nomograms to determine the value of the nitrogen potential, and only then make a decision on the process correction.

Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, состоит в создании установки для управляемого каталитического газового азотирования металлов и сплавов, имеющей в своем составе завершенные средства косвенного контроля диффузионных процессов через состав газовой фазы по кислороду.The problem this utility model aims to solve is to create an installation for controlled catalytic gas nitriding of metals and alloys, which includes complete means of indirect control of diffusion processes through the composition of the gas phase through oxygen.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, состоит в значительном повышении надежности и стабильности технологических процессов, а также в сокращении времени азотирования за счет обеспечения комплексной автоматизации процессов.The technical result achieved by the implementation of this utility model is to significantly increase the reliability and stability of technological processes, as well as to reduce nitriding time by providing comprehensive automation of processes.

Установка (фиг.1) содержит нагревательную печь 1, с муфелем либо без муфеля (позиция не показана), устройства подачи, смешения, порционирования 2 и отвода 3 технологических газов, подающихся из сетей низкого давления, узел 4 каталитического воздействия на печную атмосферу, расположенный в печном пространстве. Установка оснащена устройством косвенного контроля и управления азотного потенциала печной атмосферы выполненным в виде кислородного сенсора 5, вторичного преобразователя 6 с индикацией азотного потенциала в весовом содержании азота в железе и исполнительного органа 7 получающего воздействия от оператора или компьютера.The installation (figure 1) contains a heating furnace 1, with a muffle or without a muffle (position not shown), a device for feeding, mixing, portioning 2 and removal 3 of process gases supplied from low pressure networks, a site 4 of catalytic effect on the furnace atmosphere located in the furnace space. The installation is equipped with a device for indirect monitoring and control of the nitrogen potential of the furnace atmosphere made in the form of an oxygen sensor 5, a secondary transducer 6 with an indication of the nitrogen potential in the weight content of nitrogen in iron and an actuator 7 receiving influence from an operator or computer.

Печь азотирования, оснащенная каталитическим устройством обработки аммиака обеспечивает проведение процесса насыщения железа (стали) азотом в условиях, приближенных к равновесным. Однако, в работу реальной печи вмешивается значительное количество сторонних факторов, не могущих быть постоянными: герметичность печи и натекание кислорода, качество аммиака и содержание в нем воды и масла, чистота поверхности деталей и количество окислов на ней и т.д. Для учета влияния этих переменных факторов предназначена система косвенного контроля азотного потенциала печной атмосферы. В минимальном варианте, имея только вторичный преобразователь кислородного сенсора с индикацией азотного потенциала, оператор легко определяет, в каком состоянии находится в текущее время процесс диффузионного насыщения и какие меры надо принять для его корректировки с целью достижения положительного результата. Известна бинарная диаграмма железо-азот. Зная прогнозируемое содержание азота на поверхности обрабатываемых деталей, оператор легко оценивает, много это, мало или достаточно. В варианте с применением компьютерного мониторинга автоматика сама определяет и принимает необходимые меры - изменяет расход технологических газов, температуру процесса и др. Применение аппаратуры, автоматически определяющей прогнозируемую концентрацию азота на поверхности обрабатываемого металла позволяет достаточно просто моделировать на компьютере ход диффузионного процесса в реальном времени и рассчитывать прогноз полученного результата по распределению концентрации азота от поверхности в глубину A nitriding furnace equipped with a catalytic ammonia processing device ensures the saturation of iron (steel) with nitrogen under conditions close to equilibrium. However, a significant number of third-party factors that cannot be constant interfere with the operation of a real furnace: tightness of the furnace and leakage of oxygen, the quality of ammonia and the content of water and oil in it, the cleanliness of the surface of parts and the amount of oxides on it, etc. A system of indirect control of the nitrogen potential of the furnace atmosphere is intended to take into account the influence of these variable factors. In the minimum version, having only the secondary converter of the oxygen sensor with indication of the nitrogen potential, the operator can easily determine what state the diffusion saturation process is currently in and what measures should be taken to correct it in order to achieve a positive result. The known binary diagram is iron-nitrogen. Knowing the predicted nitrogen content on the surface of the workpieces, the operator easily estimates whether this is a lot, small or enough. In the version with the use of computer monitoring, the automation itself determines and takes the necessary measures - changes the flow of process gases, the temperature of the process, etc. The use of equipment that automatically determines the predicted concentration of nitrogen on the surface of the metal being processed makes it quite simple to simulate the progress of the diffusion process on a computer in real time and calculate forecast of the result on the distribution of nitrogen concentration from the surface in depth

металла, фазовый состав приповерхностной зоны и распределение микротвердости по диффузионному слою. Это позволяет достаточно достоверно, с учетом всех переменных факторов оценить текущий результат и принять своевременное решение о возможности окончания процесса при достижении требуемых параметров.metal, the phase composition of the near-surface zone and the distribution of microhardness over the diffusion layer. This allows you to fairly reliably, taking into account all the variable factors, evaluate the current result and make a timely decision on the possibility of ending the process when the required parameters are achieved.

Пример. Установка работает следующим образом.Example. Installation works as follows.

В промышленной муфельной печи модели США-6.9/7 с электронагревом проводили азотирование цилиндров термопластавтоматов, изготовленных из стали 38Х2МЮА с предварительной термообработкой на твердость 30...34HRC. Технические требования к деталям после азотирования: поверхностная твердость ≥850НV, толщина диффузионного слоя 0,5...0,8 мм. Детали представляли собой трубы наружным диаметром 120 мм, с толщиной стенки 10 мм и высотой 450 мм. Было загружено 8 деталей. Одновременно были загружены образцы-свидетели, из той же стали с той же предварительной термообработкой. Сечение образца 10Х10 мм, длина 50 мм.In an industrial muffle furnace of the USA-6.9 / 7 model with electric heating, nitriding of injection molding cylinders made of 38Kh2MYuA steel was carried out with preliminary heat treatment for hardness 30 ... 34HRC. Technical requirements for parts after nitriding: surface hardness ≥850НV, diffusion layer thickness 0.5 ... 0.8 mm. The parts were pipes with an outer diameter of 120 mm, with a wall thickness of 10 mm and a height of 450 mm. 8 parts were uploaded. At the same time, witness samples were loaded from the same steel with the same preliminary heat treatment. The cross-section of the sample is 10X10 mm, length 50 mm.

Подача аммиака осуществлялась в рабочее пространство печи через входной патрубок в крышке муфеля из цеховых сетей низкого давления, равного 3...5 кПа.Ammonia was fed into the working space of the furnace through the inlet pipe in the muffle cover from low pressure workshop networks of 3 ... 5 kPa.

Крышка муфеля печи имела на вводе аммиака в печное пространство патрубок диаметром 22 мм и длиной 120 мм. В него был загружен катализатор, имеющий носитель из вспененной керамики окиси алюминия степенью пористости 70%, легированный палладием на концентрацию 1,0...1,2%. Катализатор имел форму таблеток диаметром 18 мм и высотой 20 мм. Объем загруженного катализатора составлял 10 см³.The furnace muffle cover had a pipe with a diameter of 22 mm and a length of 120 mm at the input of ammonia into the furnace space. It was loaded with a catalyst having a carrier of foamed ceramic alumina with a porosity of 70%, doped with palladium at a concentration of 1.0 ... 1.2%. The catalyst was in the form of tablets with a diameter of 18 mm and a height of 20 mm. The volume of the loaded catalyst was 10 cm ³ .

Для текущего контроля газовой фазы печь была оборудована двумя сенсорами кислорода: твердоэлектролитным с чувствительным элементом из двуокиси циркония и полупроводниковым, с чувствительным элементом из двуокиси титана. Сенсоры монтировались через крышку муфеля с обеспечением расположения чувствительных элементов в рабочем пространстве муфеля. Установка двух сенсоров была проведена для их параллельных испытаний.For current monitoring of the gas phase, the furnace was equipped with two oxygen sensors: a solid electrolyte with a sensitive element made of zirconium dioxide and a semiconductor one with a sensitive element made of titanium dioxide. Sensors were mounted through the muffle cover to ensure that sensitive elements were located in the muffle working space. The installation of two sensors was carried out for their parallel tests.

Для измерения температуры печь была оснащена термопарой ТХА, смонтированной так же в крышке муфеля с выходом горячего спая в рабочее пространство печи.To measure the temperature, the furnace was equipped with a TXA thermocouple mounted also in the muffle cover with the hot junction entering the furnace working space.

В качестве вторичного преобразователя и программного регулятора температуры использовали микропроцессорный регулятор температуры «Термодат-14».The microprocessor temperature controller “Thermodat-14” was used as a secondary converter and software temperature controller.

В качестве вторичного преобразователя сигналов сенсоров кислорода использовали программируемый микро-компьютер модели D005DD «Коуо», производивший вычисление азотного потенциала по сигналам кислородных сенсоров по специальной формуле и имевший программу регулирования расхода аммиака посредством аналогового As a secondary converter of signals from oxygen sensors, we used the Kouo programmable microcomputer model D005DD, which calculated the nitrogen potential from the signals from oxygen sensors using a special formula and had a program for controlling the flow of ammonia via analog

выходного сигнала на исполнительный орган - регулятор расхода аммиака модели 1559АХ «MKS». Индикация величины азотного потенциала, вычисленного микрокомпьютером, осуществлялась на панели оператора модели OP006DD «Коуо». Визуальный контроль за наличием расхода аммиака осуществлялся по ротаметру модели PC-0,63.the output signal to the executive body is the ammonia consumption regulator model 1559AX "MKS". The value of the nitrogen potential calculated by the microcomputer was displayed on the operator panel of the OP006DD Kouo model. Visual monitoring of the presence of ammonia flow was carried out by the rotameter of the PC-0.63 model.

Микрокомпьютер имел подпрограммы: интерпретации вычисленной величины азотного потенциала в фазовый состав поверхностного слоя обрабатываемой стали и вычисления роста диффузионного слоя в реальном времени процесса азотирования. Визуализация результатов работы подпрограмм осуществлялась на той же панели оператора. Подпрограммы компьютерного моделирования диффузионных процессов использовались оператором для оценки хода процесса и принятия решения об окончании процесса азотирования.The microcomputer had subroutines: interpreting the calculated value of the nitrogen potential into the phase composition of the surface layer of the treated steel and calculating the growth of the diffusion layer in real time of the nitriding process. Visualization of the results of the subprograms was carried out on the same operator panel. Subprograms of computer simulation of diffusion processes were used by the operator to evaluate the process and decide on the end of the nitriding process.

С панели оператором были заданы температура, величина азотного потенциала, расход аммиака минимальный, расход аммиака максимальный. Параметры процесса составляли: температура = 540°С, минимальный расход аммиака = 200 л/час, максимальный расход аммиака = 600 л/час, азотный потенциал = 5%. После загрузки деталей, закрытия крышки муфеля и запуска вентиляционных систем с панели оператора была дана команда «Старт».From the panel, the operator set the temperature, the value of the nitrogen potential, the minimum ammonia consumption, and the maximum ammonia consumption. The process parameters were: temperature = 540 ° C, minimum ammonia consumption = 200 l / h, maximum ammonia consumption = 600 l / h, nitrogen potential = 5%. After loading the parts, closing the muffle cover and starting the ventilation systems from the operator panel, the “Start” command was given.

В процессе работы установки регулятором поддерживалась заданная температура, вторичный преобразователь оценивал сигналы кислородных сенсоров, вычислял значение азотного потенциала, сравнивал его с заданной величиной и давал команду на исполнительный орган о поддержании требуемого расхода аммиака. До выхода величины азотного потенциала на заданное значение расход аммиака поддерживался максимальным. По достижении заданного значения азотного потенциала расход был автоматически снижен до минимального. Оператор отслеживал работу автоматики и оценивал прогнозируемые результаты азотирования по данным индикатора фазового состава поверхностной зоны и графику расчетного распределения микротвердости. Через 24 часа процесса подпрограммы вторичного преобразователя, ведшие моделирование диффузионных процессов, индицировали достижение заданных параметров по твердости поверхности и толщине диффузионного слоя. Исходя из этого, а также из отсутствия сбоев и отказов в работе оборудования, оператором было принято решение об окончании процесса.During the operation of the installation, the controller maintained the set temperature, the secondary converter evaluated the signals of the oxygen sensors, calculated the value of the nitrogen potential, compared it with the set value and gave the command to the executive body to maintain the required ammonia consumption. Until the value of the nitrogen potential reached the preset value, the consumption of ammonia was kept maximum. Upon reaching the set value of the nitrogen potential, the flow rate was automatically reduced to a minimum. The operator monitored the operation of the automation and evaluated the predicted results of nitriding according to the indicator of the phase composition of the surface zone and the graph of the calculated distribution of microhardness. After 24 hours of the process, the secondary converter routines that simulated diffusion processes indicated the achievement of specified parameters for surface hardness and diffusion layer thickness. Based on this, as well as the absence of failures and failures in the operation of the equipment, the operator decided to end the process.

По команде «Стоп» с панели оператора были автоматически отключены подача аммиака и нагрев. В ручном режиме в муфель был подан азот газообразный для At the Stop command, the ammonia supply and heating were automatically turned off from the operator panel. In manual mode, gaseous nitrogen was introduced into the muffle

освобождения муфеля от аммиака. По достижении температуры муфеля 120°С, подача азота была прекращена, муфель открыт и детали выгружены.release of the muffle from ammonia. Upon reaching the temperature of the muffle 120 ° C, the flow of nitrogen was stopped, the muffle is open and the parts are unloaded.

Оценка результатов азотирования проводилось на образцах-свидетелях. Результаты испытаний и основные параметры процесса, в сравнении с традиционными процессами, рекомендуемыми, например, в источнике Лахтин Ю.М. и др. Теория и технология азотирования. М., «Металлургия», 1991, с.39-55, приведены в таблице.Evaluation of the results of nitriding was carried out on witness samples. Test results and main process parameters, in comparison with traditional processes recommended, for example, in the source Lakhtin Yu.M. et al. Theory and technology of nitriding. M., "Metallurgy", 1991, S. 39-55, are given in the table.

ТаблицаTable Параметр.Parameter. Проведенный процесс.The conducted process. Рекомендуемый традиционный процесс.Recommended traditional process. Температура, °С.Temperature, ° С. 540540 520...540520 ... 540 Время выдержки при установленной температуре, час.The exposure time at the set temperature, hours. 2424 6262 Твердость поверхности, HV.Surface Hardness, HV. 950950 800...1000800 ... 1000 Толщина диффузионного слоя, мм.The thickness of the diffusion layer, mm 0,60.6 0,5...0,80.5 ... 0.8

Как видно из данных таблицы, применение предлагаемой установки с устройством контроля азотного потенциала позволило своевременно и обоснованно принять решение об окончании процесса с достижением заданных параметров диффузионного слоя, что свидетельствует о технологической надежности и стабильности предлагаемой установки. Этим же, совместно с обработкой аммиака на предлагаемом катализаторе, обеспечено придание печной атмосфере новых свойств, что позволило сократить время процесса азотирования с 62 до 24 часов.As can be seen from the table, the use of the proposed installation with a nitrogen potential monitoring device made it possible in a timely and reasonable manner to decide on the end of the process with reaching the specified parameters of the diffusion layer, which indicates the technological reliability and stability of the proposed installation. The same, together with the processing of ammonia on the proposed catalyst, ensured that the furnace atmosphere was given new properties, which made it possible to reduce the time of the nitriding process from 62 to 24 hours.

Claims

1. Installation for catalytic gas nitriding of steels and alloys, comprising a heating furnace with a muffle or without a muffle, a unit for catalytically affecting process gases, means for feeding, mixing, portioning and removing process gases and an indirect monitoring and control device for the nitrogen potential of the furnace atmosphere located in the furnace characterized in that the device for indirect monitoring and control of the nitrogen potential of the furnace atmosphere is made in the form of an oxygen sensor, a secondary converter indication of nitrogen potential in weight units the content of nitrogen in the iron and the executive authority and node catalytic effect on the process gases in the furnace is located on a line feeding the process gases.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the oxygen sensor is made in the form of a solid-state voltage sensor.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the oxygen sensor is made in the form of a semiconductor resistance sensor.

4. Installation according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the oxygen sensor has an autonomous thermal stabilization system.

5. Installation according to claim 1, characterized in that the catalytic impact unit is made in the form of a container with a catalyst.

6. Installation according to claim 5, characterized in that the catalyst is made of foamed ceramic in the form of tablets.

7. Installation according to claim 1, characterized in that the heating furnace is equipped with electric heaters or gas burners.

8. Installation according to claim 1, characterized in that the secondary Converter is configured to provide a standard output signal proportional to the predicted concentration of nitrogen in the iron.

9. Installation according to claim 1, characterized in that the secondary converter has an interpreter of the output signal of the oxygen sensor in the form of a phase composition in accordance with the binary diagram "iron-nitrogen".

10. Installation according to claim 1, characterized in that the secondary Converter is configured to computer-aided display of diffusion processes with a graphical representation of the phase composition, nitrogen concentration and microhardness distribution of the diffusion layer in real time.