DE3540282A1 - Beschleunigtes karburierungs-verfahren mit diskreten medien - Google Patents
Beschleunigtes karburierungs-verfahren mit diskreten medienInfo
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Description
SCHWABE · SANDMAIR ■ MARX rWEiMTANWÄLTE
STUNTZSTRASSE 16 · 8000 MÜNCHEN 80
Anwaltsakte 34 700
13. November 1985
AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC.
Route #222 Trexlertown PA 18087
U. S. A.
Beschleunigtes Karburierungs-Verfahren mit diskreten Medien
Priorität: Land: Vereinigte Staaten von Amerika Anmeldetag: 13. November 1984
Aktenzeichen: 670,706
Aktenzeichen: 670,706
V/Ma/h
« (089) 988272-74
Telex: 524560 Swan d
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Telekopierer: (089) 983049 KaIIe Infotec 6350 Gr. Il + III
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Postgiro München 65343-808 (BLZ 70010080)
Beschleunigtes Karburierungs-Verfahren mit diskreten Medien
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen
Erzeugnissen in einem Karburierungsofen. Im besonderen betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Karburierungsgeschwindigkeit von
eisenhaltigen Erzeugnissen bei gleichzeitiger Verminderung der Karburierung oder des Verrußens des Ofenaufbaus, speziell der Ofen-Wärmequelle
und des Ofenbaustoffs. Die Erfindung kann insbesonders bei kontinuierlichen Trommel- Karburierungsöfen angewendet werden.
Das Karburierungs-Verfahren ist ein übliches Verfahren zum Einsatz-Härten
von verschiedenen eisenhaltigen Erzeugnissen, wie z.B. Stahlkomponenten.
In der typischen Gasphasen-Karburierungstechnik wird eine Gasatmosphäre verwendet, die in der Lage ist, Kohlenstoff auf die Oberfläche des zu behandelnden
Stahlerzeugnisses zu übertragen, so daß der Kohlenstoff auf die Oberfläche des Erzeugnisses adsorbiert wird und anschließend, bei geeigneten
Temperaturen in die Oberflächenzonen des Erzeugnisses eindiffundiert. In der Vergangenheit wurden verschiedene Kohlenstoff-abgebende Atmosphären
verwendet, einschließlich endothermischer Atmosphären, die durch die Verbrennung
in einer erwärmten katalytischen Retorte unter teilweisen Oxidationsbedingungen eines Kohlenwasserstoffs mit Luft zur Herstellung einer
Mischung aus Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff erzeugt wurden. Typischerweise werden endothermisehe Atmosphären außerhalb des Karburierungsofen erzeugt und mit einem zusätzlichen, Kohlenwasserstoff-anreichernden
Gas vor Eintreten in den Ofen vermischt. Es ist gleichfalls bekannt, eineendothermische
Atmosphäre dieser Art innerhalb des Karburierungsofen durch Vermischen von Methanol, Stickstoff und Kohlenwasserstoff, sowie Behandlung
dieser Mischung mit hohen Temperaturen, herzustellen. Man glaubt, daß das Kohlenmonoxid als ein Überträger für den Kohlenstoff aus einer Hochtemperatur-Wärmequelle
im Ofen auf die Oberfläche des eisenhaltigen Erzeugnisses, das behandelt wird, wirkt. Die Ausgangsstufe des übertragenen
Kohlenstoffs ist das anreichernde Kohlenwasserstoffgas. Ein Kohlenwasserstoff
dieser Art wird unter Hochtemperaturbedingungen im Karburierungsofen an der Wärmequelle oder an Heizrohren, die eine höhere Temperatur
als die Erzeugnisse aufweisen, gefcrackt. Man glaubt, daß das Wasser, das
als Nebenprodukt in Karburierungsreaktionen vorhanden ist, sich mit dem,
auf den heißen Oberflächen der Wärmequelle des Karburierungsofens gekrackten
Kohlenwasserstoff, zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, verbindet. Deshalb wirkt die Anwesenheit des Kohlenmonoxids als ein Transportmittel
für den Kohlenstoff aus dem den Krackprozeß anreichernden Gas von einer
Oberfläche mit hoher Temperatur in einem Karburierungsofen auf die Oberfläche mit niedrigerer Temperatur, der Erzeugnisse, die karburiert werden,
wobei das Kohlenmonoxid dissoziiert und Kohlenstoff und Sauerstoff ergibt und wobei der Sauerstoff sich wiederum mit vorhandendem Wasserstoff
zur Bildung von Wasser reagiert. Daraus ergibt sich, daß zur Beschleunigung der Karburierungswirkung, Kohlenmonoxid schnell verfügbar sein muß,
um den Kohlenstoff von der Oberfläche mit hoher Temperatur auf den zu karburierenden
Gegenstand zu übertragen. Gleich wichtig ist die Zurverfügungstellung einer Kohlenstoffquelle, die aus dem anreichernden Gas besteht,
um den Kohlenstoff, der vom Kohlenmonoxid während der Karburierung verbraucht
wird, zu ersetzen und dem Wasser der Karburierungsreaktion zu ermöglichen,
die Stelle zu erreichen, wo der Kohlenwasserstoff gekrackt wird, un
Kohlenmonoxid mit dem Kohlenstoff zu bilden.
Diese Theorie der KohlenstoffÜbertragung wird in einem Artikel von Kaspersma
und Shay mit dem Titel "A Model For Carbon Transfer in Gas-Phase-Carburization
of Steel" im " Journal of Heat Treating, Vol. 1, Nr. 4, Seite 27",beschrieben.
Gleichfalls ist es bekannt, Methanol und eine anreichernde Gasatmosphäre
ohne Stickstoff in zumindest einem Schritt des Karburierungsverfahrens zu
verwenden, wie in dem Artikel von Peartree mit dem Titel "Two-Step Accelerated
Carburizing Shortens Cycle, Saves Energy" in Heat Treating, JuIi 1981, Seite 36, beschrieben. Die Verwendung von dissoziierten Methanol und
anreicherndem Gas, welches nicht mit Stickstoff verdünnt ist, in einem kontinuierlichen
Ringofen, wird ebenso diskutiert. Das Verhältnis von anreicherndem Gas zu Methanol war dem ähnlich, das in einem herkömmlichen
Karburierungsofen verwendet wurde. Höhere Karburierungsgeschwindigkeiten wurden mit beiden Verfahren beobachtet. Das in dem Artikel beschriebene
Zwei-Stufenverfahren, indem eine reine Methanol-Methan-Atmosphäre zuerst
- TT- Ό
in einer ersten Stufe verwendet wird, während eine synthetische, endothermische
Atmosphäre in einer zweiten Stufe des Karburierungs-Verfahrens verwendet wird, ist gleichfalls Gegenstand der US-PS 4 306 918.
In der US-PS 4 317 687 wird ein Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen
Metallerzeugnissen beschrieben, in dem Stickstoff, Ethanol und Wasser in den Ofen mit oder ohne einer Kohlenwasserstoff-anreichernden Atmosphäre,
wie z.B. Propan, zur Herstellung der Karburierungsatmosphäre in den Ofen eingeführt wird.
Weitere Patente, die das Karburierungsgebiet betreffen, sind die US-PS 4
232, die eine Karburierungsatmosphäre in einem Ofen betrifft, in der der Kohlenwasserstoff auf einer genauen Konzentration ZA unterhalb der Konzentration
von 10% gehalten wird, um die Menge des erforderlichen Karburierungsgases
zu minimieren und die US-PS 4 322 255, die eine Karburierungsatmosphäre betrifft, in der die Atmosphäre im Karburierungsofen gemessen
wird und der Kohlenwasserstoff im Bereich von 0,2-30% kontrolliert gehalten wird.
Wenn man eine endothermische, synthetisch endothermische oder eine andere
Karburierungsatmosphäre in einen Ein-Zonen-oder offenen Ofen einführt, ist die
Geschwindigkeit der Kohlenmonoxid-Bildung wegen der hohen Temperatur der Heizrohren oder anderer Wärmequellen des Karburierungsofens re-
lativ hoch, wobei die Oberflächen mit hoher Temperatur leicht zugänglich
sind und die Bildung von Kohlenmonoxid aus dem anreichernden Kohlenwasserstoff erleichtern. In einem kontinuierlichen Trommelofen, oder irgendeinem
Ofen, der diskrete Zonen für die Karburierung und für die Wärmequelle besitzt, wobei jede von der anderen isoliert ist, ist es für die Karburierungsatmosphäre,
die mit den zu karburierenden Gegenständen in Kontakt kommt, nicht möglich, mit den heißen Oberflächen der Wärmequelle in
Kontakt zu kommen und deshalb ist die Geschwindigkeit der Kohlenmonoxidbildung vermindert und die Karburierung der Gegenstände verzögert sich.
Bislang wurde, um diesen Nachteil zu beseitigen, versucht, durch weitere Anreicherung der Karburierungsmischung für den gesamten Ofen die Bildung
von Kohlenmonoxid bei den niedrigeren Temperaturen des Trommelofens zu beschleunigen,
durch Erhöhung der Kohlenwasserstoffanteile, die bei der
niedrigeren Umwandlungsgeschwindigkeit gekrackt werden. Dieser Versuch zur
Aufrechterhaltung oder Beschleunigung der Karburierung verursacht jedoch das Ruß-Problem in der Zone der Wärmequelle, weil die angereicherte Karburierungsmischung
gleichfalls mit den Heizrohren des Ofens in Kontakt kommt, wobei unerwünschterweise darauf Kohlenstoff mit um so höherer
Geschwindigkeit abgelagert wird, je höher die Konzentration des anreichernden Gases ist.
Diese Erfindung beseitigt dieses Problem des Verrußens und die daraus folgende
Unwirksamkeit des Ofens durch das anschließend beschriebene Verfahren, welches das Verrußen vermindert und die Karburierung durch Verwendung von
2 Techniken, welche einzeln diese Probleme verschlimmern wurden, erhöht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen
Metallerzeugnissen in einem Ofen, in dem sich die Wärmequelle in einer
von der Karburierungszone, wo die Erzeugnisse behandelt werden, isolierten Zone befindet, wobei die Verbesserung in der Einführung einer Karburierungsmischung
aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Kohlenwasserstoff-anreichernden
Gas in die Karburierungszone im wesentlichen ohne irgendein inertes Gas, hingegen die Einführung eines inerten Gases in die Zone des
Ofens, wo sich die Wärmequelle befindet, im wesentlichen ohne irgendeine Karburierungsmischung,
besteht.
Der oxigenierte Kohlenwasserstoff wird vorzugsweise ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aldehyden, Ester, Ether und Mischungen
derselben mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen, nicht mehr als einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung,
einem Kohlenstoff : Sauerstoff-Verhältnis von 1:2 und einem Siedepunkt, der nicht höher als 100 0C beträgt.
Vorzugsweise wird das Kohlenstoff-anreichernde Gas ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Methan, Ethan und Propan. Das Inertgas ist vorzugsweise Stickstoff.
Optimalerweise besteht die Karburierungsmischung aus Methanol und Methan
mit bis zu 10 Vol.% eines Inertgases.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesonders anwendbar bei einem kontinuierlichen
Karburierungstrommelofen, in dem sich eine zylindrische
Trommel innerhalb der Ofenwand befindet und in dem sich die Heizröhren-Wärmequelle
für den Ofen innerhalb des Mantels, jedoch außerhalb der zylindrischen Trommel befinden. >
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Trommelofen entlang seiner Längsachse.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Trommelofen der Fig. 1 entlang
der Linien 2-2.
Die Hitze behandlung von eisenhaltigen Artikeln, wie z.B. der Kohlenstoff-Stahl
komponenten ist typischerweise der Engpaß in einer Produktionsfabrik für solche Erzeugnisse. Wenn die Produktivität im Wärmebehandlungsverfahren
erhöht wird, kann die gesamte Effektivität der gesamten Fabrik erhöht werden. Um die Behandlung von eisenhaltigen Artikeln in dem Abschnitt der Produktionsfabrik,
in dem die Wärmebehandlung stattfindet oder der Karburierungsbremofen sich befindet zu beschleunigen, wird die Kohlenstoffablagerung auf den höchsten praktisch
durchführbaren Wert durch Einführen der optimalen Menge des Kohlenstoffausgangsmaterials,
wie z.B. des anreichernden Gases,speziell Methan oder ähnliche Kohlenwasserstoffe, in einer Kohlenmonoxid und Wasserstoff-enthaltenden
Arbeitsatmosphäre, erhöht. Wegen des für die Karburierung von eisenhaltigen Erzeugnissen verwendeten kontinuierlichen Trommelofens gibt
es das inhärente, vorhin beschriebene Problem der Rußbildung an der Ofenwand und, insbesonders auf den Heizrohren der Wand.
Die Heizrohren mit hoher Temperatur oder die Wärmequellen des Ofens sind
von den eisenhaltigen Erzeugnissen, die karburiert werden, physikalisch getrennt.
Dies führt dazu, daß Kohlenstoff aus dem Krackprozeß des anreichernden Gases auf solchen Ofenteilen entsteht, von denen der Kohlenstoff
anschließend nicht entfernt wird. Typischerweise geschieht dies beim Kohlenstoffübertragungs-Prozeß,
der vorhin beschrieben wurde. Der zurückbehaltene Kohlenstoff ist für die Metalle des Ofens und für den Betrieb
-JS--
des Ofens nachteilig. Innerhalb der Trommel des Ofens wird die Karburierung
aufgrund des raschen Krackens des Kohlenwasserstoff-anreichernden Gases an den heißen Heizrohren oder den Wärmequellen, vermindert, da
dieses Gas für die Karburierung der eisenhaltigen Erzeugnisse nicht verfügbar ist. Um diese verminderte Karburierungsgeschwindigkeit
in der Trommel auszugleichen, wurde bislang zusätzliches anreicherndes Gas in den Ofen zur Erhöhung des verfügbaren Kohlenstoffes bei der niedrigeren
Karburierungsgeschwindigkeit, eingebracht. Jedoch wird das Problem des Verrußens verschlimmert, wenn die Karburierungsmischung mit einer
erhöhten Fließgeschwindigkeit oder in angereicherterer Zusammensetzung zum Ziel der Beschleunigung der Karburierungsbehandlung und um die Produktivität
des Ofens zu erhöhen, eingebracht wird um dadurch den Engpaß der gesamten Anlage zu beseitigen. Kohlenstoffablagerungen auf der Ofenwand
und auf den Wärmequellen führen zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der Karburierung der Legierungsbestandteile des Ofens. Eine derartige Karburierung
ist jedoch aufgrund der nachteiligen Wirkung auf die Ofenbestandteile und auf die Lebensdauer der Bestandteile unerwünscht. Um den auf den
inneren Ofenwänden und den Wärmequellevorrichtungen abgelagerten Ruß zu
entfernen, wird typischerweise ein Ofen mehrere Male pro Monat ausgebrannt, um den Ruß bevor Karburierung stattfindet, zu entfernen. Fallweise muß der
Ofen zerlegt werden, um den abgelagerten Kohlenstoff zu entfernen. Eine derartige
Rußbildung oder Kohlenstoffablagerung auf den Stahlungswand-Röhren
vermindert gleichfalls die Wärmeübertragung von diesen Quellen in die Trommel des Ofens, was zu einer geringen Effizienz der Ofenerwärmung führt.
Alle diese nachteiligen Wirkungen vermindern die Effizienz des Ofens und erhöhen die Betriebskosten des Karburierungsprozeßes.
Wenn man eine endothermische oder synthetisch-endothermische Atmosphäre
mit einer Zusammensetzung von 20 Vol.% CO, 40 Vol.% H2 und 40 Vol.% N2
verwendet, könnte man in Erwägung ziehen, zur Verminderung der Rußbildung
und zur Aufrechterhaltung einer guten Wärmeerzeugung aus den Heizrohren oder der Wärmequelle Stickstoff in den Wandbereich eines kontinuierlichen
Trommelofens einzuführen. Verwendet man jedoch Stickstoff mit den endothermisehen Atmosphären, wandert der Stickstoff in die Trommel
und verzögert weiter die Karburierungsreaktion durch Erhöhung des Inert-Anteils
von 40% auf höhere Werte.
Die Erfindung beseitigt das Problem der Rußbildung und vermindert das
Problem des Engpasses in Karburierungsöfen insbesonders bei jenen Öfen, welche bestimmte Zonen für die Karburierung von eisenhaltigen Erzeugnissen,
sowie für die Position der Wärmequellen im Ofen aufweisen, durch Einführung von kontrollierten Atmosphären in die Karburierungszone, bzw. in
die Zone der Wärmequelle. ,
Dies bedeutet, daß im Betrieb eines kontinuierlichen Trommelofens mit einer
Trommel, in der die eisenhaltigen Erzeugnisse karburiert werden und mit Wänden, wobei die Trommel zwischen den Wänden positioniert ist und in denen
die Wärmequelle oder die Heizrohren angebracht sind, gemäß der vorliegenden
Erfindung die Karburierungsmischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Anreicherungsgas, wie z.B. Methan mit Ausnahme
des Inertgases, wie z.B. Stickstoff, in den Innenraum der Trommel oder in die Karburierungszone eingeführt wird. Gleichzeitig wird ein Inertgas in den
Raum, der durch die äußere Oberfläche der Trommel und die innere Oberfläche der Ofenwand begrenzt wird, ein Raum, der typischerweise der Platz für die
Heizrohren des Ofens oder die Zone der Wärmequelle ist, einführt.
Diese zwei getrennten, entgegenlaufenden Vorgänge ergeben, wenn zusammen
verwendet, ein unerwartetes vorteilhaftes Ergebnis; verminderte Rußbildung
und erhöhte Karburierung. Das Inertgas, insbesonders wenn man Stickstoff verwendet, schließt die Rußbildung an der Ofenwand oder an den
Heizrohren aus und isoliert auf effektive Weise den Ofen gegen übermäßige
Wärmeverluste. Wenn man den Anteil des Inertgases in der tatsächlichen Karburierungszone in der Trommel vermindert, wird die Karburierung
ohne Erhöhung der Rußbildung auf der Ofenwand erhöht.
Daher verbessert diese Erfindung das Karburierungs-Verfahren auf drei bestimmten
Gebieten: Erstens, die eisenhaltigen Gegenstände, djie karburiert werden sollen, werden mit einer konzentrierten Karburierungsmischung, in
der keine wesentliche Konzentration eines Inertgases die Karburierungsmischung verdünnt, in Kontakt gebracht. Im wesentlichen besteht die gesamte
Mischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Anreicherungsgas, wie z.B. Methan. Dadurch wird die Karburierungsgeschwindigkeit
der zu karburierenden Erzeugnisse erhöht und dadurch der Engpaß,den der
Karburierungsofen in der Produktionsanlage für diese Erzeugnisse bildet, verkleinert. Zweitens, die Abtrennung der Karburierungsatmosphäre von der Ofenwand,
wobei ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff verwendet wird, verhindert die Bildung von Ruß oder Kohlenstoffablagerungen auf der inneren Oberfläche
des Ofens in dem man verhindert, daß die Karburierungsatmosphäre aus der Trommel austritt und in den Raum zwischen der Trommel und der Wand eindringt.
Als letztes ergibt das 3. Merkmal eine erhöhte thermale Wirksamkeit der Abschirmung
durch ein Inertgas, verglichen zur Abschirmung durch eine Karburierungsgas-Mischung,
wobei durch die thermale,isolierende Wirkung die Wärmeeffizienz des Ofens erhöht wird, und damit der Wärmeverlust des gesamten
Apparates reduziert wird. Ein weiteres Merkmal der Verwendung eines getrennten Inertgasstromes ist die dadurch erzielte Sicherheit, dahingehend,
daß man eine fertige Mischung einer inaktivierenden Atmosphäre zur Verfügung hat, die in der Ofenregion bereits zur Verfügung steht. Im Falle
einer Störung kann inaktivierendes Gas leicht in größeren Mengen in den Ofen eingebracht werden, wogegen die Karburierungsmischung entfernt werden
kann, um eine wirksame Sicherheitsabschirmung eines Inertgases zu ergeben, um die Ofenanlage abzuschalten.
In der Ausführung des vorliegenden Verfahrens ist es erwünscht, eine im
wesentlichen inerte Atmosphäre zwischen Trommel und der Wand oder der Zone
der Wärmequelle und eine im wesentlichen reine Karburierungsmischung ohne
Inertzusätze in der Trommel oder der Karburierungszone des Ofens, zu unterhalten.
Weil es jedoch unmöglich ist, den Arbeitsbereich oder die Trommelatmosphäre von der Wandatmosphäre in einem Karburierungsofen zu isolieren,
findet man etwas Inertgas oder Stickstoff, das in die Trommel oder in die Arbeitszone eindringt und etwas Wasserstoff, etwas von den Kohlenwasserstoffen
und vom Kohlenmonoxid oder von der Karburierungsmischung, das in die Wand des Ofens übertritt. Deshalb, obwohl es wünschenswert ist, eine
reine Karburierungsmischung in der Karburierungszone und ein reines Inert-
- sr -
gas in der wandseitigen Zone des Ofens zu haben, muß man annehmen, daß eine
geringe Vermischung eintritt, die man jedoch akzeptieren kann, ohne sich von der Erfindung und den damit verbundenen Merkmalen zu entfernen. Weiters
kann ein Inertgasträger zur Injektion des oxigenierten Kohlenwasserstoffes in der Trommel verwendet werden. Deshalb können bis zu 10% Inertzusatz in
der Karburierungsmischung vorliegen.
Basierend auf bereits gezeigte Arbeiten, wie z.B. in der US-PS 4 306 918,
die hier als Referenz aufgenommen wird, wurde bereits beschrieben, daß die Kohlenstoffablagerungsgeschwindigkeit erhöht wird mit einer Erhöhung des
Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs. Weiters, wenn man die Konzentration
des Kohlenmonoxids auf 50% und Wasserstoff auf 50% in der Karburierungsatmosphäre erhöht, wird die Ablagerungsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs
maximiert. Eine Erhöhung des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs kann durch
die Injektion von reinem Methanol oder anderen oxigenierten Kohlenwasserstoffen in die Karburierungszone erreicht werden, worin unter Bedingungen
einer entsprechenden Wärme Methanol oder der oxigenierte Kohlenwasserstoff in Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt wird. Aufgrund der höheren Konzentration
des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs erhöht die Kohlenstoff-Ablagerungsgeschwindigkeit
die Stärke der Kohlenstoffschicht in einer bestimmten Zeit. Alternativ kann die Zeit zur Erreichung eineW bestimmten
Schichttiefe reduziert werden.
Der oxigenierte Kohlenwasserstoff ,der in der erfindungsgemäßen Karburierungsmischung verwendet wird, kann aus der Gruppe der Kohlenstoff-Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen,
die bis zu 3 Kohlenstoffatome enthalten, die jedoch nicht mehr als eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung enthalten und die
ein Kohlenstoff : Sauerstoff-Verhältnis von 1 : 2 und einen Siedepunkt nicht
höher als 100 0C aufweisen, ausgewählt werden. Beispiele dieser Art sind
Alkohole, Aldehyde, Ether und Ester, wobei die bevorzugte Komponente Methanol ist. Alternative Verbindungen sind Ethanol, Acetaldehyd, Dimethylether,
Methylformat und Methylacetat. Mischungen können gleichfalls verwendet werden,
j
Das Kohlenwasserstoff-Anreichungsgas ist vorzugsweise Methan oder ein natür-
354Q282
liches Gas und kann jeden C.- Cg-Kohlenwasserstoff oder Mischungen derselben,
enthalten.
In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden Methanol und
Methan ohne eine verdünnende Menge eines Inertgases in die Trommel eingebracht. Stickstoff wird in den Wandbereich des Ofens eingeführt, um
die Kohlenstoffablagerung aus einer Karburierungsatmosphäre zu vermeiden, im Unterschied zur Einführung einer endothermisehen, synthetisch-endothermisehen
Atmosphäre mit Anreicherungs-Kohlenwasserstoffgas, in den Ofen, wie bislang,im Stand der Technik durchgeführt. Die Anwesenheit von Stickstoff
in der Ofenwand verhindert die Rußbildung, welche typischerweise
im Stand der Technik beobachtet wird, wenn die homogene endothermische
oder synthetische endothermische Atmosphäre und Anreicherungsgas mit der Ofenwand in Kontakt kommen und die Kohlenstoffablagerung darauf beeinflussen.
Durch die Stickstoffeinführung in die Wandseite des Karburierungsofens gemäß der Erfindung verbleiben die den Kohlenstoff ablagernden Substanzen
im wesentlichen in der Trommel, wo sie im Karburierungsprozeß verwendet werden und dadurch nicht die Möglichkeit besteht, mit den Heiz-Röhren
der Wandseite des Karburierungsofens in Wechselwirkung zu treten. Deshalb beobachtet man, wenn man einen derartigen Trommelofen mit diskreten
Atmosphären betreibt, gleichzeitige Vorteile durch Erhöhung der Karburierungsanteile
in der Karburierungszone und Abnahme der Ruß-bildenden Anteile in der Erwärmungszone oder der Wandzone mit gleichzeitiger Erhöhung
der Nichtleitfähigkeit, wenn man ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, verwendet.
Das spezifische Gebiet auf dem die vorliegende Erfindung verwendet werden
kann, betrifft vorteilhafterweise einen kontinuierlichen Karburierungs-Trommelofen.
Die Erfindung wird anschließend im Detail unter Bezugnahme auf einen Ofen dieser Art, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, beschrieben.
Figur 1 zeigt einen kontinuierlichen Karburierungs-Trommelofen in einem
Schnitt entlang der Längsachse des Ofens. Der Ofen 10 besteht aus einer äußeren,mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Wand 12, die typischerweise
im Querschnitt quadratisch oder rechteckig ist. Eine ungefähr horizontal, zylindrische Trommel 14, ist innerhalb der Wand 12 des Ofens 10 plaziert.
Die Trommel 14 wird so gestützt, daß sie um ihre horizontale Achse
innerhalb der Wand 12 rotieren kann. Eisenhaltige Gegenstände, die karburiert
werden sollen,werden durch eine Vorderöffnung 22 in eine Beladungsoder Haltezone 16 eingeführt. Mit zunehmender Zahl der Gegenstände fallen
einige der Gegenstände in die Hauptzone der Trommel 14 und werden durch die Trommel mittels helikaler Rippen 20, die an der inneren Oberfläche der
Trommel ausgebildet sind und zumindest einen Teil der inneren Karburierungszone der Trommel einnehmen, transportiert. Die eisenhaltigen Erzeugnisse
werden karburiert, wenn sie die Zone 18 der Trommel 14 passieren und verlassen schließlich die Trommel durch die Öffnungen 26 nahe d£r Endabgrenzung
24 der Trarmel. Die eisenhaltigen Erzeugnisse werden in einem Schacht 34 gesammelt
und in einen Abschreck-Tank 36, der mit einem Ölbad 38 gefüllt ist, überführt. Die abgeschreckten und karburierten Erzeugnisse werden dann zur
weiteren Behandlung durch ein Förderband 40 entfernt. Die Karburierungsatmosphäre, beispielsweise Methanol und Methan sowie Stickstoff als Trägergas,
wird durch den Einlaß 28 in der Schlußbegrenzung 24 der Trommel eingeführt. Die inerte Stickstoff-Schutzatmosphäre, die die Rußbildung auf den
Heizröhren 32 und auf der Oberfläche 12 des Ofens 10 vermindert,
wird durch die Öffnungen 42 in der Seitenwand des Ofens 10 eingeführt. Dies ergibt eine im wesentlichen reine Stickstoffatmosphäre in der Zone der Wärmequelle
30 der Ofenwand 12. Eine derartige Stickstoffatmosphäre in der
Zone 30 der Ofenwand 12 schützt die Heizröhren 32, die an j erder Seite der Trommel 14 an der Innenseite der Ofenwand 12 angebracht sind,
vor dem Verrußen oder der Beschichtung durch Kohlenstoff, wobei die Karburierung
die MetalIeteile der Heizröhren 32 beeinflussen könnte.
Wahlweise können die Röhren irgendeine Zahl einer anderen Wärmequelle, beispielsweise
ein elektrisches Heizelement, bilden. Die Anordnung der Röhren ist am besten in Figur 2 dargestellt, in der ein Querschnitt durch den
Ofen 10, die Wand 12 und die Trommel 14, worin die helikalen Rippen 20 nur teilweise in die innere Zone der Trommel vorstehen, gezeigt ist und
wobei die Heizröhren 32 sich außerhalb der Trommel und innerhalb zur
Wand 12, befinden. Wie man aus den Zeichnungen leicht ersehen kann, sind die Oberflächen mit hoher Temperatur der Heizröhren 32 von der
Karburierungszone 18 im Inneren der Trommel 14 abgetrennt, so daß eine Verbindung zwischen den Oberflächen mit hoher Temperatur der Röhren 32 und
den eisenhaltigen Erzeugnissen, die karburiert werden, verhindert ist. In
einem auf diese Weise physikalisch isolierten Ofen mit diskreten Zonen für
die Erwärmung und für die Karburierung, ist die Ausführung der Erfindung unter Verwendung von diskreten Atmosphären eines Inertgases und einer Karburierungsmischung
am vorteilhaftesten.
Es wurden Experimente unter Verwendung der diskreten Karburierungs- und
Inaktivierungs-Atmosphären der vorliegenden Erfindung in einem kontinuierlichen
Trommelofen durchgeführt. Die Ergebnisse aus diesen Experimenten sind in Tabelle 1 und 2,in der Gleitstücke und Schrauben (eisenhaltige Metal
!erzeugnisse aus AISI-SAE 10-18 Stahl) ähnlichen experimentellen Bedingungen
unterworfen wurden. Gleitstücke sind Metallteile, die typischerweise am Boden von Möbeln angebracht werden und den hauptsächlichen Kontakt mit
dem Boden bilden. Die Schrauben waren Nr. 8-18-1/2 inch mit einer speziellen Waffel kerbung. Der Test wurde in einem AGF kontinuierlichen Trommelofen
betrieben mit einer Standard-Stickstoff-Methanol homogenen Gasmischung,
als auch mit der erfindungsgemäßen diskreten Gasmischung und dem inaktivierenden
Medium, durchgeführt. Die üblichen Betriebs-Fließgeschwindigkeiten für einen Ofen dieser Art betragen für Stickstoff 160 SCFH, für Methanol 240
SCFH, für Ammoniak 50 SCFH und für Naturgas 150 SCFH. Das Ziel der Experimente bestand darin, identische Teile zu vergleichen, die sowohl mit einer
endothermisehen Atmosphäre,als auch mit dem Medium aus den diskreten,
erfindungsgemäßen Atmosphären wärmebehandelt wurden. Für beide Versuchsserien gab es keine anderen Variablen als die Plazierung der Gaseinlässe
in den Ofen. Die während des Versuchs konstantgehaltenen Parameter waren
die Ofentemperatur, die Fließgeschwindigkeit für jedes Gas, die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel, Beladungsgröße der zu karburierenden Erzeugnisse,
und die Temperatur des Abschreckölbades. Zur Kontrolle wurden Vergleichsversikhe
durchgeführt, unter Verwendung einer üblichen endothermischen Atmosphäre, wobei alle Gase durch den hinteren Einlaß des Ofens eingeführt
wurden. Die Fließgeschwindigkeit war ausreichend, um einen positiven Öfendruck ausrechtzuerhalten, während die endothermisehen Gasbedingungen
verdoppelt wurden. Um die vorliegende Erfindung unter Verwendung von diskreten Atmosphären zu untersuchen, wurde das Inert-Stickstoff-Gas
in die Seitenwand durch die vorhandenen Einlasse eingebracht, während die
Karburierungsmischung durch den rückwärtigen Einlaß des Ofens zugeführt
wurde. Für jede Beladung der Erzeugnisse, die karburiert oder wärmebehan-
delt werden sollten, wurden die zu untersuchenden Teile von dem aus dem
Abschreckungsbad führenden Band am Ende der Trommel alle 15,Minuten, beginnend
mit dem ersten aus dem Ofen austretenden Teil, entfernt. Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Rockwell-Härte-C-Skala in Abhängigkeit von
der Schichttiefe für jedes untersuchte Probenstück. Die Versuche wurden bei einer Ofentemperatur von etwa 840 0C - 927 0C (1550 0F - 1700 0F)
durchgeführt. Für die Schrauben, die karburiert wurden, betrug die anfängliche Ofentemperatur 898 CC (1650 0F), die mittlere Zone des Ofens
hatte eine Temperatur von 927 0C (1700 0F) und die Endzone des Ofens
wies eine Temperatur von 840 0C (1550 0F) auf. Im Falle der Gleitstücke
wurde der Ofen bei einer Temperatur von 898 0C (1650 0F), 927 0C (17000F)
und 898 0C (1650 0F) für die entsprechenden Zonen entlang der Längsachse
des Ofens betrieben. Die Fließgeschwindigkeiten für die verschiedenen Gase, falls verwendet, sind oben angeführt. Es versteht sich von selbst,
daß während der Durchführung dieser Experimente unter Anwendung der Erfindung nur Methanol, Ammoniak und Naturgas in die Karburierungszone und Stickstoff
in die Wandzone des Ofens eingebracht wurden. Dieses Verfahren wird in den Tabellen als ADP oder als Behandlung mit einem beschleunigten Karburierungsverfahren
(ACP) beschrieben. Der Stand der Technik wird durch die Buchstaben EDP in den Tabellen dargestellt und enthält ein endothermisches
Behandlungsverfahren. Die zu karburierenden eisenhaltigen Erzeugnisse wurden durch den Ofen mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Aufenthaltszeit von 45 +_ 2 Min. ergab. Die Testergebnisse zeigen, daß eine beträchtliche
Erhöhung der wirksamen Schichttiefe vorliegt, wenn man eine beschleunigte Karburierungsatmosphäre in diskreten Atmosphärenbedingungen, beispielsweise
daß die Karburierungsatmosphäre im wesentlichen auf die Karburierungszone der Trommel begrenzt ist, während die Inertatmosphäre im
wesentlichen auf die Wandzone des Ofens begrenzt ist, anwendet. Es wurde
auch beobachtet, daß während der Testdurchführung keine bemerkenswerte Rußbildung auf der Innenseite der Ofenwand, der Außenseite der Trommel, den
Heizröhren oder auf dem Ofenboden, eintrat.
1 _ · X | -A-I | EDPI | EDPS | EDP5 | - EECD | x 100 | TABELLE 1 | ADPl | ADP3 | ADP5 | in der Schichttiefe | nit ACP | ADP7 | EECD | AECD | DELTA | PCTIN | I | |
Gleit
stück |
-A-2 | 58.5 | 58.4 | 52.0 | - EECD | EDP7 | 52.4 | 58.5 | 56.2 | = Prozent Verbesserung | 48.2 | 5.24390 | 6.55000 | 1.30610 | 24.9070 | ||||
-A-3 | 52.7 | 60. S | 60.9 | Ί) | 35.6 | 57.6 | 58.2 | 54.3 | 47.1 | 6.19126 | 6.19444 | 0.00319 | 0.0515 | ||||||
-B-I | 57.4 | 58.8 | SO.9 | 42.6 | 57.4 | 59.8 | 54.5 | 48.9 | 5.16071 | 6.60714 | 1.44643 | 28.0277 | I | ||||||
-B-2 | 56.7 | 59.5 | 52.7 | 39.7 | 56.6 | 58.4 | 55.6 | 48.3 | 5.40000 | 6.53425 | 1.13425 | 21.0046 | |||||||
-B-S | 54.7 | 59.4 | 54.5 | 39.2 | 57.9 | 58.8 | 53.9 | 47.4 | 5.81081 | 6.20000 | 0.38919 | 6.6977 | |||||||
l-A-1 | 56.4 | 59.8 | 52.6 | 43.4 | 56.3 | 59.8 | 53.7 | 46.3 | 5.48598 | 6.00000 | 0.51402 | 9.3697 | |||||||
l-A-2 | 56.6 | 55.9 | 43.6 | 41.9 | 56.8 | 59.9 | 55.2 | 48.2 | 3.95935 | 6.48571 | 2.52636 | 63.8076 | |||||||
l-A-3 | 56.3 | 55.9 | 44.1 | 30.7 | 56.6 | 60.1 | 53.2 | 48.7 | 4.00000 | 6.42222 | 2.42222 | 60.5556 | |||||||
l-B-1 | 54.8 | 56.9 | 46.4 | 25.3 | 54.2 | 60.7 | 55.5 | 47.8 | 4.31429 | 6.42857 | 2.11429 | 49.0066 | |||||||
l-B-2 | 47.9 | 57.7 | 51.4 | 23.3 | 56.9 | 58.7 | 53.6 | 47.0 | 5.27451 | 6.09091 | 0.81640 | 15.4782 | |||||||
l-B-3 | 51.5 | 57.1 | 50.4 | 41.2 | 56.2 | 58.6 | 53.9 | 47.4 | 5.09756 | 6.20000 | 1.10244 | 21.6268 | |||||||
i-A-1 | 56.2 | 57.8 | 49.7 | 42.2 | 56.8 | 59.1 | 54.0 | 46.1 | 4.92593 | 6.01266 | 1.08673 | 22.0615 | |||||||
S-A-2 | SS.5 | 58.9 | 47.8 | 43.1 | 58.0 | 58.5 | 54.8 | 47.3 | 4.60360 | 6.28000 | 1.67640 | 36.4149 | |||||||
S-A-S | 55.3 | 58.8 | 44.8 | 26.1 | 57.7 | 57.9 | 52.2 | 45.8 | 4.25714 | 5.68750 | 1.43036 | 33.5990 | |||||||
S-B-I | 55.7 | 58.1 | 48.4 | 22.5 | 56.5 | 58.8 | 53.3 | 46.9 | 4.67010 | 6.03125 | 1.36115 | 29.0060 | |||||||
l-B-2 | 54.7 | 57.2 | 44.2 | 25.5 | 57.5 | 57.8 | 52.6 | 45.2 | 4.10769 | 5.70270 | 1.59501 | 38.8298 | |||||||
S-B-S | 55.8 | 55.2 | 45.7 | 22.5 | 54.7 | 58.9 | 54.0 | 46.2 | 4.09474 | 6.02564 | 1.93090 | 47.1558 | |||||||
i | 7-A-l | 55.5 | 57.1 | 43.9 | 19.8 | 54.3 | 58.8 | 52.2 | 46.0 | 4.07576 | 5.70968 | 1.63392 | 40.0887 | CO | |||||
7-A-2 | 56.4 | 53.9 | 39.2 | 20.8 | 55.8 | 57.7 | 52.5 | 46.0 | 3.53061 | 5.76923 | 2.23862 | 63.4060 | cn | ||||||
7-A-3 | 57.6 | 55.6 | 39.0 | 17.0 | 55.6 | 57.5 | 52.3 | 47.0 | 3.67470 | 5.86792 | 2.19323 | 59.6845 | -C-- | ||||||
7-B-l | 55.2 | 54.1 | 40.6 | 19.8 | 55.8 | 57.6 | 51.9 | 46.2 | 3.60741 | 5.66667 | 2.05926 | 57.0842 | CD | ||||||
7-B-2 | 56.3 | 55.8 | 43.S | 13.7 | 56.8 | 59.4 | 53.5 | 37.1 | 3.94309 | 5.42683 | 1.48374 | 37.6289 | rsj | ||||||
7-B-3 | 57.7 | 55.6 | 40.9 | 22.9 | 56.1 | 58.6 | 52.8 | 41.0 | 3.76190 | 5.47458 | 1.71267 | 45.5267 | OO | ||||||
9-A-1 | 56.9 | 56.1 | 44.9 | 17.3 | 57.5 | 59.9 | 53.8 | 36.3 | 4.08929 | 5.43429 | 1.34500 | 32.8908 | |||||||
9-A-2 | 58.8 | 54.4 | 39.8 | 20.9 | 56.5 | 56.8 | 52.3 | 43.7 | 3.60274 | 5.53488 | 1.93214 | 53.6299 | |||||||
9-A-3 | 57.4 | 55.9 | 42.2 | 17.1 | 57.7 | 59.0 | 53.8 | 46.0 | 3.86131 | 5.97436 | 2.11305 | 54.7235 | |||||||
9-B-l | 56.7 | 54.7 | 44.0 | 17.6 | 55.7 | 58.8 | 52.6 | 46.6 | 3.87850 | 5.86667 | 1.98816 | 51.2610 | |||||||
9-B-2 | 58.2 | 58.2 | 50.5 | 17.7 | 56.3 | 57.7 | 52.3 | 44.8 | 5.03774 | 5.61333 | 0.57560 | 11.4257 | |||||||
9-B-3 | 58.2 | 58.5 | 50.1 | 24.0 | 53.7 | 57.5 | 52.1 | 45.1 | S.00837 | 5.60000 | 0.59163 | 11.8129 | |||||||
11-A-I | 56.3 | 57.4 | 48.1 | 26.2 | 57.9 | 58.9 | 53.7 | 46.2 | 4.59140 | 5.98667 | 1.39527 | 30.3888 | |||||||
ll-A-2 | 55.7 | 59.7 | 51.2 | 27.2 | 56.9 | 58.8 | 51.4 | 4.1 | 5.32000 | 5.38356 | 0.06356 | 1.1948 | |||||||
11-A-S | 56.1 | 58.8 | 51.1 | 43.7 | 56.3 | 57.4 | 52.4 | 45.1 | 5.34921 | 5.65753 | 0.30833 | 5.7640 | |||||||
11-B-I | 53.4 | 58.4 | 52.7 | 44.8 | 57.3 | 58.3 | 53.2 | 44.8 | 5.58696 | 5.76190 | 0.17495 | 3.1314 | |||||||
1l-B-2 | 56.5 | 56.4 | 40.0 | 43.5 | 56.1 | 58.7 | 54.6 | 47.6 | 3.80000 | 6.31429 | 2.51429 | 66.1654 | |||||||
11-B-3 | 54.8 | 56.8 | 46.2 | 16.6 | 57.6 | 58.2 | 54.8 | 43.7 | 4.28302 | 5.B6486 | 1.58185 | 36.9330 | |||||||
= Tiefe | 56.7 | 56.5 | 44,9 | 23.1 | 57.3 | 60.9 | 54.5 | 47.1 | 4.12069 | 6.21622 | 2.09553 | 50.0038 | |||||||
= Tiefe | in Tausendstel,bei | 15.2 | der die Rockwell-Härte für | die | Endoatmosphäre bestimmt wurde. | ||||||||||||||
in Tausendstel,bei | der die Rockwell-Härte für | die | ACP-Atmosphäre bestimmt wurde. | ||||||||||||||||
= Wirksame Schichttiefe für | ENDO | ||||||||||||||||||
BS | = Wirksame Schichttiefe für | ACP | |||||||||||||||||
1 | = AECD ■ | = Differenz | , ACP-ENDO | ||||||||||||||||
2 | |||||||||||||||||||
= AECD | |||||||||||||||||||
μμ | |||||||||||||||||||
ι | |||||||||||||||||||
10 | |||||||||||||||||||
η | |||||||||||||||||||
12 | |||||||||||||||||||
13 | |||||||||||||||||||
14 | |||||||||||||||||||
IS | |||||||||||||||||||
16 | |||||||||||||||||||
17 | |||||||||||||||||||
18 | |||||||||||||||||||
19 | |||||||||||||||||||
20 | |||||||||||||||||||
21 | |||||||||||||||||||
22 | |||||||||||||||||||
23 | |||||||||||||||||||
24 | |||||||||||||||||||
25 | |||||||||||||||||||
26 | |||||||||||||||||||
27 | |||||||||||||||||||
28 | |||||||||||||||||||
29 | |||||||||||||||||||
30 | |||||||||||||||||||
31 | |||||||||||||||||||
32 | |||||||||||||||||||
33 | |||||||||||||||||||
34 | |||||||||||||||||||
35 | |||||||||||||||||||
36 | |||||||||||||||||||
EDP1-EDP7 | |||||||||||||||||||
ADP1-ADP7 | |||||||||||||||||||
EECD | |||||||||||||||||||
AECD | |||||||||||||||||||
DELTA | |||||||||||||||||||
PCTIN | |||||||||||||||||||
1-A-l | E0P2 | I | E0P4 | E0P6 | E0P8 | = | EDPlO | TABELLE 2 | ADP4 | ADP6 | ADP8 | AOPlO | EECD | Verbesserung | mit ACP | AECO | DELTA | PCTIM | I | |
l-A-2 | 60.B | S7.1 | S2.4 | SO.2 | )0 = | 47.1 | A0P2 | 59.2 | 56.3 | 51.7 | 49.3 | 8.12903 | 9.4167 | 1.28763 | 15.840 | |||||
BS Schrauben | 1-B-l | 60.1 | I | 57.9 | 63.5 | 50.0 | 46.3 | 60.8 | 58.3 | 54.5 | 51.1 | 49.1 | 8.00000 | 9.1000 | 1.10000 | 13.750 | ||||
1 | 1-B-2 | 59.8 | 58.1 | 63.0 | 50.1 | 47.3 | 60.3 | 58.6 | 55.4 | 47.7 | 44.8 | 8.07143 | 7.4026 | -0.66883 | -8.286 | |||||
2 | 1-C-1 | 60.0 | 56.6 | 52.5 | 49.8 | 47.0 | 59.8 | 56.9 | 51.4 | 51.7 | 49.4 | 7.85185 | 9.4783 | 1.62641 | 20.714 | I | ||||
3 | l-C-2 | 60.7 | I | 57.2 | S3.0 | SO.3 | 48.0 | 60.0 | 56.6 | 53.5 | 48.5 | 47.6 | 8.26087 | 7.4000 | -0.86087 | -10.421 | ||||
4 | 3-A-l | 60.2 | I | 58.1 | 53.4 | 50.1 | 47.6 | 59.0 | 56.9 | 53.0 | 49.1 | 47.4 | 8.08000 | 7.5385 | -0.54154 | -6.702 | ||||
S | 3-A-2 | 58.2 | 55.5 | 51.2 | 47.8 | 46.1 | 54.7 | 56.8 | 52.6 | 47.5 | 45.5 | 6.70588 | 7.0196 | 0.31373 | 4.678 | |||||
6 | 3-8-1 | 58.4 | 55.7 | 51.6 | 48.3 | 46.1 | 59.5 | 57.6 | 52.8 | 48.0 | 45.9 | 6.96970 | 7.1667 | 0.19697 | 2.826 | |||||
7 | 3-B-2 | 56.5 | 56.8 | 53.0 | 48.9 | 47.1 | 59.9 | 57.1 | 53.1 | 50.1 | 47.3 | 7.46341 | 8.0714 | 0.60801 | 8.147 | |||||
8 | 3-C-l | 59.1 | 57.0 | 52.0 | 49.2 | 46.3 | 59.8 | 57.6 | 53.6 | 51.5 | 49.3 | 7.42857 | 9.3636 | 1.93506 | 26.049 | |||||
9 | 3-C-2 | 59.1 | 58.4 | 53.5 | 49.2 | 46.9 | 59.6 | 58.6 | # | 54.6 | 50.0 | 7.62791 | 10.0000 | 2.37209 | 31.098 | |||||
10 | B-A-I | 60.3 | 56.9 | 52.0 | 47.9 | 45.7 | 58.7 | 57.0 | 53.7 | 49.7 | 46.9 | 6.97561 | 7.8500 | 0.87439 | 12.535 | |||||
11 | S-A-2 | 58.S | 56.6 | 52.2 | 48.3 | 45.8 | 59.8 | 56.2 | 51.9 | 48.5 | 46.9 | 7.12821 | 7.1176 | -0.01056 | -0.148 | |||||
12 | 5-B-1 | 60.3 | 58.0 | 51.6 | 48.6 | 45.7 | 58.3 | 55.9 | 51.9 | 48.0 | 46.3 | 7.06667 | 6.9744 | -0.09231 | -1.300 | |||||
13 | 5-B-2 | 57.1 | ! | 54.3 | 51.1 | 48.6 | 46.3 | 58.9 | 56.5 | 52.2 | 48.8 | 46.8 | 6.88000 | 7.2941 | 0.41412 | 6.000 | ||||
14 | S-C-I | 57.C | 1 | 53.9 | 50.0 | 47.7 | 45.9 | 56.2 | 55.9 | 52.2 | 49.2 | 46.6 | 6.00000 | 7.4667 | 1.46667 | 24.444 | ||||
15 | 5-C-2 | 59.1 | I | 57.B | 53.1 | 49.8 | 47.3 | 58.1 | 56.4 | 52.4 | 50.1 | 47.9 | 7.87879 | 8.0909 | 0.21212 | 2.692 | ||||
16 | 7-A-l | 58.1 | S | 60.0 | SS.3 | 50.9 | 48.3 | 58.4 | 57.4 | 53.4 | 50.6 | 47.8 | 8.69231 | 8.4286 | -0.26374 | -3.034 | ||||
17 | 7-A-2 | 59. ( | 1 | 55.9 | 50.2 | 46.3 | 44.4 | 58.6 | 59.7 | 56.1 | 53.3 | 50.5 | 6.10256 | 10.2759 | 4.17334 | 68.387 | ||||
18 | 7-B-1 | 60.1 | 1 | 58.0 | 52.4 | 49.1 | 46.4 | 60.2 | 58.8 | 57.3 | 53.6 | 50.4 | 7.45455 | 10.2500 | 2.79545 | 37.500 | ||||
19 | 7-8-2 | 52.1 | » | 58.0 | 53.0 | 48.7 | 44.7 | 60.4 | 56.1 | 52.6 | 50.6 | 47.3 | 7.39535 | 8.3636 | 0.96829 | 13.093 | OJ | |||
20 | 7-C-1 | 59.1 | = Tiefe | S7.2 | 52.3 | 48.2 | 45.7 | 57.5 | 56.3 | 53.1 | 50.3 | 47.0 | 7.12195 | 8.1818 | 1.05987 | 14.882 | cn | |||
21 | 7-C-2 | 57.1 | = Tiefe | S3.7 | 48.6 | 45.9 | 44.1 | 58.6 | 54.3 | 51.0 | 47.9 | 45.9 | 5.45098 | 6.6452 | 1.19418 | 21.908 | ■!>· | |||
22 | 9-A-1 | 57.« | 54.7 | 49.5 | 46.3 | 44.5 | 58.2 | 54.0 | 51.7 | 48.7 | 45.8 | 5.80769 | 7.1333 | 1.32564 | 22.826 | CD | ||||
23 | 9-A-2 | 58.! | 54.4 | 49.1 | 47.1 | 40.8 | 57.8 | 54.4 | 49.7 | 47.6 | 46.7 | 5.66038 | 5.8723 | 0.21196 | 3.745 | ro OO ro |
||||
24 | 9-B-1 | 58.! | S7.8 | 52.6 | 48.6 | 46.4 | 56.3 | 53.7 | 51.1 | 47.6 | 46.1 | 7.30000 | 6.6286 | -0.67143 | -9.198 | |||||
25 | 9-B-2 | 57.1 | 53.1 | 47.4 | 44.4 | 43.2 | 58.2 | 56.8 | 52.8 | 49.8 | 47.1 | 5.08772 | 7.8667 | 2.77895 | S4.621 | |||||
26 | 9-C-1 | 56.« | S2.2 | 47.1 | 43.7 | 42.2 | 58.7 | 55.9 | 52.5 | 48.2 | 4S.6 | 4.86275 | 7.1628 | 2.30005 | 47.299 | |||||
27 | 9-C-2 | 58.1 | SS.6 | 51.6 | 48.7 | 46.1 | 58.2 | 56.7 | 52.4 | 48.5 | 46.0 | 7.07143 | 7.2308 | 0.15934 | 2.253 | |||||
28 | 11-A-I | S7.i | S2.9 | 49.0 | 45.7 | 44.6 | 58.3 | 55.0 | 51.7 | 48.0 | 46.0 | 5.48718 | 6.9189 | 1.43174 | 26.092 | |||||
29 | 1l-A-2 | se.« | 64.6 | 48.2 | 45.3 | 44.4 | 58.2 | 56.1 | 51.7 | 48.7 | 46.9 | 5.43750 | 7.1333 | 1.69583 | 31.188 | |||||
30 | 11-B-I | 59.: | 53.9 | 48.S | 46.7 | 44.9 | 58.0 | 53.9 | 50.9 | 47.5 | 45.8 | 5.44444 | 6.5294 | 1.08497 | 19.928 | |||||
31 | 11-8-2 | 57.1 | S4.4 | 49.6 | 47.1 | 45.5 | 57.9 | 56.4 | 52.2 | 48.7 | 45.9 | 5.83333 | 7.2S71 | 1.42381 | 24.408 | |||||
32 | 11-C-l | 57. | S2.4 | 47.3 | 47.0 | 44.4 | 58.4 | 56.2 | 52.3 | 49.9 | 46.7 | 4.94118 | 7.9167 | 2.97549 | 60.218 | |||||
33 | 1l-C-2 | 59.1 | 54.3 | SO.3 | 46.2 | 44.1 | 46.1 | 55.5 | 51.1 | 47.8 | 44.8 | 6.14634 | 6.6667 | 0.52033 | 8.466 | |||||
34 | EDP2-EDP10 | 60. | SS.7 | 49.2 | 46.3 | 44.2 | 58.8 | 54.8 | 50.7 | 48.1 | 45.5 | 5.75385 | 6.5385 | 0.78462 | 13.600 | |||||
35 | LLTb 1—L/l I \J ADP2-ADP10 |
in | Tausendstel, | bei der | 54.0 | die Rockwell | -Härte | für die | Endoatmosphäre | bestimmt | wurde. 1 |
|||||||||
36 | EECD | in | Tausendstel, | bei der | die Rockwell-Härte | für die | ACP-Atmosphäre | bestimmt | wurde. | |||||||||||
AECD | = Wirksame | Schichttiefe | für ENDO | |||||||||||||||||
= Wirksame | Schichttiefe | für ACP | ||||||||||||||||||
= AECD | - EECD | Differenz in der Schichttiefe, ACP-ENDU | ||||||||||||||||||
Γ» L. \j LJ DELTA |
= AECD | - EECD χ 1C | Prozent | |||||||||||||||||
ULL I r * PCTI |
EECD | |||||||||||||||||||
N | ||||||||||||||||||||
Basierend auf den Ergebnissen der Tabelle 1 und 2 wurde eine statistisch
signifikante Erhöhung in der effektiven Schichttiefe sowohl für die Gleitstücke als auch für die Schrauben als Erzeugnisse der Karburierungsbehandlung
erzielt, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren anwendete im Gegensatz zu der synthetischen endothermisehen Atmosphäre aus dem Stand
der Technik. Die durchschnittliche Erhöhung der effektiven Schichttiefe
für die Gleitstücke betrug 1,413 tausendstel eines inch und die durchschnittliche
Erhöhung in der wirksamen Schichttiefe für die Schrauben betrug 1,005 tausendstel eines inch. Für die Gleitstücke beträgt die durchschnittliche
prozentuale Erhöhung in der wirksamen Schichttiefe unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, verglichen zu der endothermisehen
Atmosphäre aus dem Stand der Technik 33,7%. Für die Schrauben beträgt die durchschnittliche prozentuelle Erhöhung in der wirksamen Schichttiefe
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu den endothermisehen Atmosphären aus dem Stand der Technik 16,34%. Die vorliegende
Erfindung zeigt deshalb eine bemerkenswerte Erhöhung der Karburierungsfähigkeit eines kontinuierlichen Trommelofens oder anderer Ofenkonstrutionen,in
denen die Karburierungszone von der Zone mit der Wärmequelle abgetrennt ist. Diese Erhöhungen in der Karburierung, die durch experimentelle
Ergebnisse bezüglich der karburierten Erzeugnisse enthaltend Gleitstücke und Schrauben gezeigt wurden, zusammen mit der beobachteten
Abwesenheit der Rußbildung in der Ofenwand,als auch in der zu bedenkenden
Wärmeeinsparung durch das inerte Schutzmedium zwischen der Karburierungszone und der Ofenwand, ergeben ein gemeinsames und nicht erwartetes Merkmal
auf dem Gebiet der Karburierung von eisenhaltigen Teilen.
Die Versuche wurden in einem Trommelofen, hergestellt von Atmosphere
Furnace Co., durchgeführt, um den Kohlenmonoxid-und Wasserstoffgehalt in
der Zone der Wärmequelle der Ofenwand im Falle der Ausführung der Erfindung, wobei Methanol und Methan in die Trommel und Stickstoff in den Wandbereich eingebracht wurden, zu bestimnen. Basierend auf den über einen bestimmten Zeitraun
an verschiedenen Punkten in der Wand durchgeführten Messungen, lag der
Kohlenmonoxidwert im Bereich von 7 - 8%, während die Stickstoffwerte im
Bereich von 4-10% lagen. Dieses Ergebnis zeigt die Fähigkeit der vorliegenden
Erfindung,im wesentlichen die Karburierungsatmosphären aus der Zone
der Wärmequelle oder der Wand eines Trommelofens auszuschließen. Dies ist
im Gegensatz zur bekannten Situation, in der mit einer exemplarischen,
endothermisehen Atmosphäre Kohlenmonoxidwerte bis zu 20% und Wasserstoffwerte
bis zu 40%, gemessen wurden.Diese Differenz kann in eine beträchtliche
Verminderung der unerwünschten Kohlenstoffabiagerung und Karburrierung
des Ofenaufbaus mit der Ausführung der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Techniken, übertragen werden. Nachdem wir unsere Erfindung
beschrieben haben, wird das,was durch Patent unter Schutz gestellt werden
soll, in den anschließenden Ansprüchen ausgeführt.
Claims (10)
1. Verfahren zur Karburierung von eisenhaltigen Metallerzeugnissen in
einem Ofen, in dem die Zone der Wärmequelle physikalisch von der Karburierungszone, in der die Erzeugnisse behandelt werden, getrennt ist.
dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen Inertgas-freie Karburierungs-Gas-Mischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas in die
Karburierungszone einführt, während man ein, im wesentlichen Karburierungsmischungs-freies Inertgas in die Zone, in der sich die Wärmequelle befindet, einführt.
einem Ofen, in dem die Zone der Wärmequelle physikalisch von der Karburierungszone, in der die Erzeugnisse behandelt werden, getrennt ist.
dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen Inertgas-freie Karburierungs-Gas-Mischung aus einem oxigenierten Kohlenwasserstoff und einem Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas in die
Karburierungszone einführt, während man ein, im wesentlichen Karburierungsmischungs-freies Inertgas in die Zone, in der sich die Wärmequelle befindet, einführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas Methan ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas Ethan ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlenwasserstoff-Anreicherungsgas Propan ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Inertgas Stickstoff ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ofen ein kontinuierlicher Trommelofen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ofen eine Trommel, in die man die Karburierungsmischung einführt und eine Ofenwand aufweist, die die Wärmequelle enthält, in die
man das Inertgas einführt,
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man den oxigenierten Kohlenwasserstoff auswählt aus der
Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aldehyden, Ester,Ether und Mischungen
Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aldehyden, Ester,Ether und Mischungen
derselben mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne
t , daß der oxigenierte Kohlenwasserstoff Methanol ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne
t , daß die Karburierungsmischung Methanol, Methan und bis zu 10 Vol.%
eines Inertgases enthält.
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