DE2851982A1 - Control of gas carburising at low pressures - involves pumping gas out of vacuum furnace and replacing it after it has decomposed by specific amt. - Google Patents

Abstract

After evacuating a furnace, a gas which evolves carbon is fed into the furnace until a constant, specific and predetermined pressure is obtd. When the gas decomposes to a constant, predetermined level, the gas is pumped out of the furnace and replaced; and when the fresh gas decomposes to level, the pumping out and replacement is repeated. This replacement procedure is continued until a prescribed depth of carburisation is obtd. The predetermined level pref. corresponds with 5-40% decompsn. of the gas and is pref. detected by monitoring the pressure of the gas in the furnace. Optimum carburising of the entire surfaces of the workpieces can be achieved without the formation of soot and without requiring long carburising times.

Description

Verfahren zum Steuern von Aufkohlungsprozesses imMethod for controlling the carburizing process in

Unterdruckbereich. Vacuum area.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Aufkohlungsprozessen im Unterdruckbereich, bei denen in einen Vakuumofen nach dem Evakuieren kohlenstoffabgebende Gase bis zu einem bestimmten, für den speziellen Kohlungsprozess vorher festgelegten konstanten Druck eingelassen und während des Kohlungsprozesses wiederholt abgepumpt und erneuert werden.The invention relates to a method for controlling carburizing processes in the negative pressure range, where carbon-emitting in a vacuum furnace after evacuation Gases up to a certain predetermined value for the special carbonization process let in constant pressure and pumped out repeatedly during the carburization process and be renewed.

Zum Aufkohlen von Werkstücken im Unterdruckbereich sind eine Reihe von Verfahren bekannt. So wird z.B. in der DE-AS 2 216 688 ein Verfahren beschrieben, bei dem der Ofen nach dem Evakuieren mit Kohlungsgas bis zu einem bestimmten Gasdruck gefüllt und jeweils nach einer vorher festgelegten konstanten Zeit das Gas periodisch wieder abgepumpt und erneuert wird. Die Zeitdauer jeder Periode ist dabei gleich lang. Die am Werkstück zu erreichenden Eigenschaften, wie Rand- kohlenstoff und Eindringtiefe der Kohlungsschicht, werden neben den Parametern Kohlungsdruck, Temperatur und Diffusionsdauer vor allem durch die Zahl dieser periodischen Pulse gesteuert. Bei diesem durch konstante Pulsdauer gekennzeichneten Verfahren wird aber das Kohlungsgas nur ungleichmässig, oft unvollständig und nicht reproduzierbar genützt.There are a number of tools for carburizing workpieces in the negative pressure range of procedures known. For example, DE-AS 2 216 688 describes a process in which the furnace after evacuation with carbon gas up to a certain gas pressure filled and the gas periodically after a predetermined constant time is pumped out again and renewed. The duration of each period is the same long. The properties to be achieved on the workpiece, such as edge carbon and penetration depth of the carbonization layer, in addition to the parameters carbonization pressure, Temperature and duration of diffusion mainly through the number of these periodic pulses controlled. In this process, which is characterized by a constant pulse duration but the carbonization gas is uneven, often incomplete and not reproducible used.

Der Zerfall des Kohlungsgases hängt neben der Temperatur auch von der Grösse der Chargenoberfläche und dem Aufkohlungszustand der Oberfläche ab. Ist eine be stimmte willkürliche Zeitdauer für die Pulsdauer festgelegt, so kann bei kleiner Oberfläche das Gas nicht rasch genug gespalten und verbraucht werden, so dass es zum grossen Teil ungenutzt wieder abgepumpt wird.The decay of the carbon dioxide depends not only on the temperature but also on the size of the batch surface and the carburization state of the surface. is a certain arbitrary length of time is set for the pulse duration, so can smaller surface the gas cannot be split and consumed quickly enough, so that it is largely pumped out unused.

Ist dagegen die Oberfläche sehr gross, kann die Spaltung so rasch erfolgt sein, dass der Kohlungsprozess während eines grossen Teiles der Zeit ohne genügenden Kohlenstoffnaehschub erfolgt, wodurch der Kohlungsprozess zeitlich verlängert wird.If, on the other hand, the surface is very large, the splitting can happen so quickly that the carbonization process took place for a large part of the time without Sufficient carbon near thrust takes place, as a result of which the carbonization process takes longer will.

Ausserdem ist die Zerfallsgeschwindigkeit bei gleicher Oberflächengrösse der Charge von der Aktivität der Chargenoberfläche abhängig. Zu Beginn des Prozesses geht die Aufspaltung des Gases durch die aktivere Oberfläche schneller vor sich als am Ende des Prozesses, wo die Oberfläche bereits mit Kuhlenstoff angereichert und daher inaktiver ist.In addition, the rate of disintegration is the same with the same surface area of the batch depends on the activity of the batch surface. At the beginning of the process the splitting of the gas is faster due to the more active surface than at the end of the process, where the surface has already been enriched with coolant and is therefore more inactive.

In der DE-AS 2 636 273 wird ein ähnliches Verfahren beschrieben, bei dem das Auftreten von Russnebeln als Signal zur Unterbrechung der Kohlenstoffgaszufuhr genutzt wird. Dabei wird das verbrauchte Gas nicht abgepumpt, sondern nach einer Pause durch neues Kohlungsgas ergänzt. Das Auftreten von Russ kann allerdings nur festgestellt werden, wenn Russ tatsächlich schon entstanden ist, was jedoch vermieden werden sollte, da Russ die Kohlungswirkung beeinträchtigt und den Ofenbetrieb stört. Auch die Zuführung von Frischgas ohne Abpumpen des im Ofen vorhandenen verbrauchten Gases ist nachteilig, da in Sacklöchern und schwer zugänglichen Stellen das Frischgas schlecht herangebracht werden kann.In DE-AS 2 636 273 a similar process is described in which the appearance of soot fogs as Signal to interrupt the Carbon gas feed is used. The used gas is not pumped out, but after a break it is supplemented with new carbon gas. The appearance of soot can only be determined, however, if soot has actually already formed is what should be avoided, however, as soot interferes with the charring effect and disrupts furnace operation. The supply of fresh gas without pumping out the im The used gas in the furnace is disadvantageous because it is blind and heavy accessible places the fresh gas cannot be brought in easily.

Aus der DE-OS 2 748 125 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem die Konzentration des Kohlungsgases durch Regelung im Ofen konstant gehalten wird, wobei durch automatische Zu- und Abfuhr von Gas der Gasdruck im Ofen konstant gehalten wird. Auch bei diesem Verfahren findet keine vollständige Erneuerung des verbrauchten Gases statt, was sich besonders bei der Aufkohlung von Sacklöchern und ähnlichen für den Gasaustausch nur schwer zugänglichen Stellen negativ bemerkbar macht. Ausserdem ist die Regelung bei diesem Verfahren verhältnismässig kompliziert.From DE-OS 2 748 125 a method is also known in which the concentration of the carbon dioxide gas is kept constant by regulation in the furnace, the gas pressure in the furnace being kept constant by the automatic supply and discharge of gas will. Also with this procedure there is no complete renewal of the used one Gases instead, which is particularly evident when carburizing blind holes and the like makes places that are difficult to access for the gas exchange noticeable negatively. Besides that the regulation in this procedure is relatively complicated.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern von Aufkohlungsprozessen im Unterdruckbereich zu finden, bei denen in einen Vakuumofen nach dem Evakuieren kohlenstoffabgebende Gase bis zu einem bestimmten, für den speziellen Kohlungsprozess vorher gestgelegten konstanten Druck eingelassen und während des Kohlungsprozesses wiederholt abgepumpt und erneuert werden, wobei ein möglichst umfassender Austausch des Kohlungsgases auch an schwer zugänglichen Stellen des Werkstücks erreicht werden soll, ohne einerseits die Russgrenze zu überschreiten, die Kohlungszeit unnötig zu verlängern oder das Kohlungsgas nur unzulänglich zu nutzen.It was therefore an object of the present invention to provide a method for To find control of carburizing processes in the negative pressure range, in which in a Vacuum furnace after evacuating carbon-emitting gases up to a certain, for the special carbonization process, the constant pressure set beforehand is let in and repeatedly pumped out and renewed during the carburization process be, with the most comprehensive possible exchange of the carbon gas also difficult accessible places of the workpiece should be reached without the one hand the soot limit to exceed, to unnecessarily extend the carburizing time or the carburizing gas only inadequate to use.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Abpumpen und Erneuern.des kohlenstoffabgebenden Gases jeweils nach Erreichung eines bestimmten, für den speziellen Kohlungsprozess vorher festgelegten konstanten Zerfallsgrad des Gases erfolgt und so lange wiederholt wird, bis eine vorher festgelegte Kohlungstiefe erreicht ist.This object was achieved according to the invention in that the pumping and renewing the carbon-releasing gas after reaching a certain, constant degree of decay of the predetermined for the special carbonization process Gas takes place and is repeated until a previously determined carbonization depth is reached.

Der vorbestimmte Kohlungsgasdruck bis zu dem das Kohlungsgas eingelassen wird, wird so gewählt, dass Russbildung auf jeden Fall vermieden wird. Bei Methan als Kohlungsgas ist z.B. 250 mbar ein geeigneter Wert, der bei allen Kohlungstemperaturen Russbildung ausschliesst. Vorzugsweise erfolgt das Abpumpen und Erneuern des kohlenstoffabgebenden Gases dann, wenn der Zerfallsgrad im Bereich von 5 bis 40 vp liegt.The predetermined carbon gas pressure up to which the carbon gas admitted is chosen so that soot formation is definitely avoided. With methane as a carburizing gas, e.g. 250 mbar is a suitable value at all carburizing temperatures Excludes soot formation. The pumping out and renewal of the carbon-releasing substance are preferably carried out Gas when the degree of decomposition is in the range from 5 to 40 vp.

Da die Zerfallsgeschwindigkeit des Kohlungsgases neben der Temperatur auch von der Chargenoberfläche abhängig ist, wird stets der Zerfallserad es Kohlungsgases gemessen und bei Erreichen eines vorher festgelegten Wertes das verbrauchte Gas abgepumpt. Dieser Wert wird so gelegt, das das Gas während seiner aktivsten Phase im Ofen verbleibt. Als ein besonders vorteilhafter Wert hat sich bei Methan ein Zerfallsgrad von ca. 30 bis 37 %, d.h. ein Zerfall des Kohlungsgases bis zu einem Restgehalt von 63 - 70 0 Methan erwiesen. Ist dieser Wert erreicht, wird das Restgas abgepumpt und der Ofen wieder bis zum vorgegebenen Druck mit Methan geflutet.Because the rate of decay of the carbon dioxide gas in addition to the temperature also depends on the charge surface, the decay wheel of the carbonization gas is always measured and when a predetermined value is reached, the gas consumed pumped out. This value is set in such a way that that the gas during its most active phase remains in the furnace. Has proven to be a particularly beneficial value in the case of methane, a degree of decay of approx. 30 to 37%, i.e. a decay of the carbon dioxide proven up to a residual content of 63 - 70 0 methane. If this value is reached, the residual gas is pumped out and the furnace is again filled with methane up to the specified pressure flooded.

Der Vorteil der guten Kohlungswirkung durch den Gasaustausch wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren ergänzt durch eine definierte Ausnutzung des Kohlungsgases und Russfreiheit. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, dass für alle Kohlungsprozesse mit dem gleichen Kohlungsgas der Flutungsdruck und der Zerfallsgrad gleich bleiben und dadurch nur die Temperatur und die Zeit des Prozesses festgelegt werden müssen, im Gegensatz zu bekannten Verfahren, wo beispielsweise noch der Druck und die Zahl der Pulse variiert werden müssen. Die Feststellung des Zerfalls des Kohlungsgases kann in der Praxis vor allem nach zwei verschiedenen Methoden er folgen. Ein vorteilhafter Weg ist die Messung des Druckpegels, da z.B. Methan nach der folgenden Formel: CH4 > C + 2H2 zerfällt. Aus einem Molekül Methan entstehen zwei Moleküle Wasserstoff, womit aus dem Druckanstieg auf den Zerfallsgrad des Gases geschlossen werden kann. Beispielsweise wird Methan bis zu einem Druck von 250 mbar in den evakuierten Vakuumofen eingelassen. Durch den Zerfall des Methans steigt der Druck und bei Erreichung von z.B. 300 mbar wird das Restgas wieder abgepumpt und durch Methan erneuert.The advantage of the good carbonization effect through the gas exchange becomes in the method according to the invention supplemented by a defined utilization of the Carbon gas and freedom from soot. Another advantage of this procedure is the fact that for all carbonization processes with the same carbonization gas the flooding pressure and the degree of disintegration remain the same and therefore only the temperature and the time of the Process must be defined, in contrast to known processes where, for example nor do the pressure and the number of pulses have to be varied. The finding of the In practice, the decay of the carbon dioxide can occur in two different ways Methods he follow. An advantageous way is to measure the pressure level, since e.g. Methane according to the following formula: CH4> C + 2H2 decomposes. From a molecule of methane two molecules of hydrogen are created, which means that the pressure increase leads to the degree of decay of the gas can be closed. For example, methane is up to a pressure of 250 mbar let into the evacuated vacuum furnace. From the breakdown of methane the pressure rises and when it reaches e.g. 300 mbar the residual gas is pumped out again and renewed by methane.

Statt einen Druckpunkt zu wählen, kann der Zerfallsgrad des Kohlungsgases auch direkt durch ein handelsübliches Gasanalysenmessgerät festgestellt werden und bei einem eingestellten Sollwert das Abpumpen eingeleitet werden.Instead of choosing a pressure point, the degree of decay of the carbon dioxide can be used can also be determined directly by a commercially available gas analyzer and pumping can be initiated at a set target value.

Wie bei Kohlungsprozessen üblich, kann näch der Kohlenstoffaufnahmephase ein Diffusionsprozess im Vakuum oder im Inertgas angeschlossen werden.As is usual with carbonization processes, the carbon uptake phase can follow a diffusion process in a vacuum or in an inert gas can be connected.

Claims (1)

Verfahren zum Steuern von Aufkohlungsprozessen im Unterdruckbereich.Method for controlling carburizing processes in the negative pressure range. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Steuern von Aufkohlungsprozessen im Unterdruckbereich, bei denen in einem Vakuumofen nach dem Evakuieren kohlenstoffabgebende Gase bis zu einem bestimmten, für den speziellen Kohlungsprozess vorher festgelegten konstanten Druck eingelassen und während des Kohlungsprozesses wiederholt abgepumpt und erneuert werden1 dadurch gekennzeichnet, dass das Abpumpen und Erneuern des kohlenstoffabgebenden Gases jeweils nach Erreichung eines bestimmten, für den speziellen Kohlungsprozess vorher festgelegten konstanten Zerfallsgrads des Gases erfolgt und so lange wiederholt wird, bis eine. PATENT CLAIMS 1. Method for controlling carburizing processes in the negative pressure range, where carbon-emitting in a vacuum furnace after evacuation Gases up to a certain predetermined value for the special carbonization process let in constant pressure and pumped out repeatedly during the carburization process and are renewed1 characterized in that the pumping out and renewal of the carbon-emitting gas after reaching a certain, for the special Carburization process takes place and a predetermined constant degree of decay of the gas is repeated until a. vorher festgelegte Kohlungstiefe erreicht ist. previously determined carbon depth has been reached. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abpumpen und Erneuern des kohlenstoffabgebenden Gases bei einem Zerfallsgard im Bereich von 5 bis 40 % erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the pumping and renewing the carbon-emitting gas at a decay guard in the range of 5 to 40% takes place. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abpumpen und Erneuern des kohlenstoffabgebenden Gases durch Erreichen eines durch den Zerfallsgrad festgelegten Druckpegels eingeleitet wird.7. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the pumping out and renewal of the carbon-emitting gas by reaching a is initiated by the degree of decomposition fixed pressure level.