PROCESS FOR THE CARBONIZATION AND HEAT-TREATMENT OF STEELS IN A NON-CARBON-AFFECTING ATMOSPHERE

Abstract: 1. A process for the carbonisation of workpieces and for their heat treatment without affecting the carbon content, in which the workpieces are exposed in a furnace to the effect of a gas mixture formed from an intermittently flowing organic liquid and further components, characterised in that the organic liquid ist fed intermittently directly into the furnace to the gas mixture which acts upon the workpieces, or that, in addition to the direct addition of the organic liquid, a part of the further components is fed into the furnace also intermittently, the latter being fed into the furnace either directly or mixed with the organic liquid.

Description: Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufkohlen und kohlungsneutralen Glühen von Werkstücken, die in einem Ofen bei hohen Temperaturen der Einwirkung eines aus einer organischen Flüssigkeit und weiteren Komponenten gebildeten Gasgemisches aus gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die organi sche Flüssigkeit während der Einwirkung des Gasgemisches auf die Werkstücke den übrigen Komponenten vor deren Einleitung in den Ofen und/oder dem Gasgemisch pulsie rend zugegeben wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Flüssigkeit einer oder mehreren ebenfalls pulsierend in den Ofen strömenden Komponente(n) zuge mischt wird. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die organische Flüssigkeit ein Alkohol, insbesondere Methanol ist und unter den weiteren Kompo nenten ein inertes Trägergas, insbesondere Stickstoff, und ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Kohlenwasserstoff mit mehr als einem Kohlenstoffatom., oder eine weitere organische Flüss±'keit wie Aceton, Isopropanol, Athylacetat, enthalten sind. 14 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dauer der Zugabe der kohlenstoff haltigen Komponenten gegenüber dem Zeitraum zwischen dem Ende einer Zugabe und dem Beginn der nächsten Zugabe kurz ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dauer der Zugabe 1 sec. bis 30 min. vorzugsweise 10 bis 60 sec. beträgt und der Zeitraum zwischen dem Ende einer Zugabe und dem Beginn der näch sten Zugabe 10 sec. bis 60 min., vorzugsweise 20 bis 300 sec. beträgt. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich der Methan- und/oder Kohlendioxid- und/oder Wasserstoff- und/oder Kohlenmonoxidgehalt und/oder der Taupunkt und/oder das Sauerstoffpotential im Gasgemisch gemessen, die Messgrössen einer Regeleinheit zugeführt werden und die Dauer und der Zeitpunkt der Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponenten nach Vergleich der Messgrössen mit einem jeweils vorgegebenen Sollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Sollwert und Messgrösse automatisch geregelt werden. weniger Randoxidationen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt,. nicht nur die organische Flüssigkeit pulsierend in den Ofen bzw. in die übrigen Komponenten einzuspeisen, sondern auch diese Komponenten, denen die organische Flüssigkeit zugemischt; wird, selbst pulsierend in den Ofen einzuleiten. Es wurde festgestellt, dass durch diese Massnahme einerseits z.B.die aufkohlende Wirkung verstärkt oder andererseits durch die im Ofen hervorgerufenen Druckwechsel eine gleichmä-Bigee Aufkohlung der Werkstücke bewirkt wird. So kann z.B. eine der weiteren Komponenten ein inertes Trägergas sein. Wird dieses Gas pulsierend eingeführt, so werden im Ofen Druckschwankungen hervorgerufen. Deren Amplitude und Frequenz kann nun durch geeignete Wahl des Zeitpunkts und der Dauer einer Phase, in der Gas eingeleitet wird, so bestimmt werden, dass eine ständige Bewegung der Ofenatmosphäre die Folge ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Gasgemisch an alle Stellen eines Werkstückes, also auch an geometrisch ungünstige Stellen oder Toträume innerhalb einer Schüttung, gleichmässig geführt und im gesamten Ofen eine homogene Gasmischung eingestellt wird. Eine ungenügende Aufkohlung benachteiligter Werkstückoberflächen oder ein Aufkohlen bzw. ein zu starkes Aufkohlen begünstigter Werkstückoberflächen wird somit vermieden. Eine der weiteren Komponenten kann aber auch ein Kohlenwasserstoff sein. Die Zugabe von Kohlenwasserstoffen ist beim Aufkohlen mittels organischer Flüssigkeiten üblicfi; da mit einer organischen Flüssigkeit in der Regel keine ausreichende Aufkohlungswirkung erzielt werden kann. Mit. Methanol als organischer Flüssigkeit wird beispielsweise lediglich ein Kohlungspegel von 0,5 bis 0,6 % erzielt. Die Zugabe von Kohlenwasserstoffen ermöglicht nicht nur einen höheren Kohlungspegel, sondern auch eine bessere Regelung dieses Pegels. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren führt die pulsierende Zugabe von Kohlenwasserstoffen zu einem weiteren wesentlichen Vorteil: Die Zugabe der Kohlenwasserstoffe kann so gewählt werden, dass die durch die pulsierende Zugabe der organischen Flüssigkeit verursachenden Druckschwankungen verstärkt werden, der Ubergang von Kohlenstoff in das Metall beschleunigt und so die Aufkohlungsgeschwindigkeit weiter erhöht wird. Zu diesem Zweck ist es günstig, den Zugaberhythmus für die Kohlenwasserstoffe dem der Zugabe der organischen Flüssigkeit anzupassen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist daher die organische Flüssigkeit ein Alkohol, insbesondere ethanol und sind unter den weiteren Komponenten ein inertes Trägergas, i.nsbesondere Stickstoff und ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Kohlenwasserstoff mit mehr als einem Kohlenstoffatom,oder eine weitere organische Flüssigkeit wie Aceton, Isopropanol, Athylazetat enthalten. Kohlenwasserstoffe mit mehr als einem Kohlenstoffatom zerfallen bei den im Ofenraum herrschenden Temperaturen in mehrere Radikale. Dieser Effekt führt zu einer zusätzlichen Druckerhöhung im Ofen und somit zu einer weiteren Beschleunigung des Kohlenstoffüberganges. Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Dauer der Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponenten gegenüber dem Zeitraum zwischen dem Ende einer Zugabe und dem Beginn der nächsten Zugabe kurz. Die Dauer der Zugabe beträgt dabei 1 sec. bis 30 min., vorzugsweise 10 bis 60 sec. Der Zeitraum zwischen dem Ende einer Zugabe und dem Beginn der nächsten Zugabe beträgt 10 sec. bis 60 min., vorzugsweise 20 bis 300 sec. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird kontinuierlich der Methan- und/oder Kohlendioxid- und/ oder Wasserstoff- und/oder Kohlenmonoxidgehalt und/oder der Taupunkt und/oder das Sauerstoffpotential im Gasgemisch gemessen, die Messgrössen einer Regeleinheit zugeführt und die Dauer und der Zeitpunkt der Zugabe der kohlenstoffhaltigen Komponenten nach Vergleich der Messgrössen mit einem jeweils vorgegebenen Sollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Sollwert und Messgrösse automatisch geregelt. Eine für herkömmliche Verfahren typische Gasgemischzusammensetzung hatte einen Gehalt von ca. 20 % Kohlenmonoxid, 40 % Wasserstoff, 2 bis 5 % Kohlenwasserstoffgas sowie Stickstoff. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren liegt der Kohlenmonoxidgehalt zwischen.5 und 30 %, im Mittel etwa bei 12 bis 15 %, also unter dem herkömmlichen Wert. Der Wasserstoffanteil liegt bei 10 bis 40 %, wobei sich diese Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Pulsation ändert. Der Anteil der Kohlenwasserstoffe liegt dann bei 2 bis 10 %. Im folgenden soll anhand zweier Versuche das erfindungsgemässe Verfahren mit dem herkömmlichen Verfahren verglichen werden: Beispiel Als Ofen diente ein Kammerofen mit Vorkammer und blabschreck- bad, mit Zwischentüre und Eingangstüre vor der Vorkammer. Das Volumen des freien Ofenraums betrug ca. 1,5 m3. Eine Charge von 193 Stck. Antriebswellen aus 16 Mn Cr5 mit einem Gesamtgewicht von ca. 515 kg und einer Oberfläche von ca. 5,5 m2 wurde einer Aufkohlungsbehandlung unterworfen. Es wurde eine Einhärtetiefe von 0,5 mm bis 0,8 mm bei 550 HV1 mit eutektoiden Randkohlenstoffgehalt und einer Oberflächenhärte von 64 bis 66 HRC verlangt. Die Aufkohlungstemperatur betrugt 9400C. Das Gasgemisch wurde aus folgenden Komponenten gebildet: Als Trägergas diente Stickstoff, als organische Flüssigkeit Methanol. Dieser Alkohol wurde als Flüssigkeit in das Trägergas eingedüst. Schliesslich wurde Propan gasförmig zugemischt. Diese Paramter stimmten bei den beiden folgenden Versuchen, in denen eine Charge einmal nach dem herkömmlichen Verfahren (Versuch a) und einmal nach dem erfindungsgemässen Verfahren (Versuch b) behandelt wurde, über ein. Versuch a: Nach einem herkömmlichen Verfahren wurden pro Stunde 5,2 m3 Stickstoff, 4,8 1 Methanol und 300 1 Propan in den Ofen geleitet. Die Dauer .der Aufkohlung betrug 120 min. Versuch b: Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wurden 6 m3 /h Stickstoff als Grundmenge, 10,5 l/h Methanol und 820 l/h Propan intervallweise in 42 Intervallen a 20 sec. in den Ofen einge leitet. Jedem Intervall schloss sich eine Pause von 60 sec. an, in denen keine kohlenstoffhal tigen Komponenten in den Ofen geleitet wurden. Nach dem letzten Intervall schloss sich eine ca 15 min. dauernde Diffusionsphase an. Bei diese Verfahren dauerte die Aufkohlung 71 Minuten. In beiden Versuchen wird die Dauer der Aufkohlung von dem Zeitpunkt an gerechnet, an dem der Ofen die Aufkohlungstemperatur von 9400C erreicht hatte. Ein Vergleich beider Versuche zeigt die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahren wonach der Verbrauch an Methanol und die Dauer der Aufkohlung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren geringer bzw. kürzer ist.

Claims: Verfahren'zum Aufkohlen und kohlungs neutralen Glühen von Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufkohlen und kohlungsneutralen Glühen von-Werkstücken, die in einem Ofen bei hohen Temperaturen der Einwirkung eines aus einer organischen Flüssigkeit und weiteren Komponenten gebildeten Gasgemisches ausgesetzt werden. Es ist bekannt, Wärmebehandlungsöfen für Metalle mit einem aus Dämpfen organischer Flüssigkeiten und weiteren Komponenten gebildeten Gasgemisch zu speisen. Hierzu wird ein Stickstoffstrom, der mit den Dämpfen der organischen Flüssigkeit angereichert ist, in den Behandlungsofen eingeleitet. Nach bisherigen Methoden wird über die Zugabe der organischen Flüssigkeit ein festes Kohlungspotential im Ofen eingestellt. Der Strom der Dämpfe der organischen Flüssigkeit ist dabei gleichmässig, so dass sich zusammen mit den übrigen Komponenten z.B. Stickstoff und/oder ein Kohlenwasserstoff, im Ofen ein Gasgemisch mit einem Gehalt an ca. 20 % Kohlenmonoxid, 40 % Wasserstoff und dem Rest Stickstoff und Kohlenwasserstoffen einstellte. Bei dieser Verfahrensweise wird jedoch eine relativ grosse Menge an organischer Flüssigkeit verbraucht. Ein weiterer Nachteil bekannter Verfahren liegt in der sehr langen Aufkohlungszeit. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, mit dem auf wirtschaftliche Weise ein rasches Aufkohlen oder kohlungsneutrales Glühen von Metallteilen möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die organische Flüssigkeit während der Einwirkung des Gasgemisches auf die Werkstücke den übrigen Komponenten vor deren Einleitung in den Ofen und/oder dem Gasgemisch pulsierend zugegeben wird. Mit dem erfindungsge;mässen Verfahren kann durch die pulsierende Zugabe der organischen Flüssigkeit ein im Vergleich zu bisherigen Verfahren grosses Kohlenstoffpotentialgefälle zwischen Werkstückoberfläche und Kern des Werkstückes erzielt werden. Ein grosses Kohlenstoffpotentialgefälle wirkt aber als zusätzliche, treibende Diffusionskraft, so dass durch den pulsierenden Eintrag der organischen Flüssigkeit ein rasches Eindringen des Kohlenstoffs in das zu behandelnde Werkstück erreicht wird. Das pulsierende Zumischen verläuft so, dass zumindest die organische Flüssigkeit während der Aufkohlung bzw. des kohlungsneutralen Glühens in zahlreichen Phasen in den Ofen eingeleitet wird. In diesen Phasen steigt der Kohlenstoffgehalt des Gasgemisches bis zu einem bestimmten Niveau, während er in den Zeiträumen zwischen den Einleitungsphasen sinkt, da keine organische Flüssigkeit zugegeben wird. Es wurde festgestellt, dass der Verbrauch an organischer Flüssigkeit beim erfindungsgemässen deutlich geringer ist als bei den bekannten Verfahren (bis zu 50 %). Ein weiterer Vorteil liegt in der Verkürzung der Kohlungszeit (bis zu 50 %). Ausserdem verbessert sich die Randzonenbeschaffenheit an erfindungsgemäss behandelten Werkstücken, d.h. es entstehen

Inventors: DANZER, WOLFGANG, DR., JURMANN, ALEXANDER, REVERCHON, THOMAS, STRIGL, REINHARD
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C23C8
IPC codes: C21D1, C23C8