DE3725175A1 - Process for the decarbonising annealing of metal parts - Google Patents

Abstract

The decarbonisation process of the invention is a new type of decarbonisation process which can be carried out particularly simply and in a way which can be exactly regulated. These properties are achieved by the mixing in of laughing gas (dinitrogen oxide, nitrous oxide), which is gaseous under standard conditions and available in gas bottles, as decarbonising additive to the reaction gas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum entkohlenden Glühen von Metallteilen mittels eines Reaktionsgases.The invention relates to a method for decarburizing Annealing metal parts using a reaction gas.

Entkohlendes Glühen wird häufig in exotherm hergestellten, wasserhaltigen Reaktionsgasen, in Endogas-Luft-Gemischen, in Stickstoff-Methanol-Luft-Gemischen oder in angefeuchtetem Formiergas durchgeführt. Dabei ist die Herstellung der wasserhaltigen Reaktionsgase mit exakt definiertem Wasseranteil nicht ohne größeren Aufwand möglich, da Wasser unter Normalbedingungen in flüssiger Form vorliegt. Auch die Herstellung der anderen Reaktionsgase erfordert spezielle Einrichtungen, z.B. einen Gasgenerator zur Lieferung des Endogases oder spezielle Einrichtungen zur Methanolzugabe.Decarburizing annealing is often used in exothermic water-containing reaction gases, in endogas-air mixtures, in nitrogen-methanol-air mixtures or in moistened forming gas performed. Here is the Production of the water-containing reaction gases with exact defined water content not without great effort possible because water is liquid in normal conditions Form is present. The manufacture of the others Reaction gases require special facilities, e.g. a gas generator to deliver the endogas or special facilities for adding methanol.

Der Erfindung liegt daher die Zielsetzung zugrunde, ein Verfahren zum entkohlenden Glühen von Metallteilen anzugeben, das einfach und exakt regelbar durchgeführt werden kann. The invention is therefore based on the objective Process for the decarburizing annealing of metal parts indicate that this is easily and precisely controlled can be.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Reaktionsgas als entkohlendes Additiv Distickstoffoxid (N₂O) zugemischt wird.This object is achieved in that dinitrogen oxide (N ₂ O) is added to the reaction gas as a decarburizing additive.

Die Verwendung des bisher auf diesem Fachgebiet nicht benutzten Distickstoffoxids (Lachgas) hat besondere Vorteile, da dies unter Normalbedingungen gasförmig in Flaschen zur Verfügung steht. Es kann mit bekannten gastechnischen Elementen problemlos entnommen, exakt dosiert und einem Trägergas zugemischt werden. Die Herstellung eines Distickstoffoxidreaktionsgases ist also problemlos möglich. Auch die entkohlende Wirkung dieses Reaktionsgases entsprechend der ReaktionThe use of so far not in this field Nitrous oxide (laughing gas) used has special Advantages as this is gaseous in normal conditions Bottles is available. It can be known with Gas technology elements easily removed, exactly metered and mixed with a carrier gas. The So is producing a nitrous oxide reaction gas possible without any problems. Even the decarburizing effect of this Reaction gas according to the reaction

Fe₃C + N₂O → Fe + CO + N₂Fe₃C + N₂O → Fe + CO + N₂

genügt den praktischen Anforderungen. Eisenkarbid wird mit Distickstoffoxid unter Kohlenmonoxidbildung zu Eisen und Stickstoff umgesetzt.meets the practical requirements. Iron carbide comes with Nitrous oxide to form iron and carbon monoxide Nitrogen implemented.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung wird die N₂O-Zugabe zum Reaktionsgas durch Messung des CO-Gehalts des Abgases geregelt. Aus der obengenannten Reaktionsgleichung erkennt man, daß Kohlenmonoxid bei der Entkohlungsreaktion entsteht. Dieses Kohlenmonoxid stellt einen Indikator für die aus dem Material kommende Menge an Kohlenstoff dar und kann als Bestandteil des Abgases gemessen werden. Dieser Meßwert ist somit als Regelparameter für die N₂O-Zugabe verwendbar. Sinkt die CO-Emmission bei andauernder N₂O-Zugabe unter einen vorgebenen Wert, so wird die N₂O-Zugabe auf Null geregelt. Diese Regelung ist eine verhältnismäßig einfach zu realisierende und ökonomische Möglichkeit eine Entkohlungsbehandlung durchzuführen. In an advantageous embodiment of the invention, the N ₂ O addition to the reaction gas is regulated by measuring the CO content of the exhaust gas. It can be seen from the above reaction equation that carbon monoxide is formed in the decarburization reaction. This carbon monoxide is an indicator of the amount of carbon coming from the material and can be measured as part of the exhaust gas. This measured value can thus be used as a control parameter for the addition of N ₂ O. Decreases the CO emissions of N ₂ O with sustained-addition with a pre surrounded value, the N ₂ O is controlled addition to zero. This regulation is a relatively easy to implement and economical way to carry out a decarburization treatment.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einem in der Abgasleitung oder in einer speziellen Absaugleitung angeordneten, den CO-Gehalt messenden Gasanalysator, der an eine Regeleinheit angeschlossen ist, die die N₂O-Zufuhr in den Ofen mittels eines Stellgliedes regelt.A device suitable for carrying out the method consists of a gas analyzer which measures the CO content and is arranged in the exhaust line or in a special suction line and is connected to a control unit which controls the N ₂ O supply into the furnace by means of an actuator.

Zur genauen Einstellung bestimmter Mengen und zur Reproduktion und Kontrolle der Wärmebehandlung ist sowohl in der Zuleitung für den Hauptteil des Reaktionsgases als auch in der Zuleitung für das N₂O ein Durchflußmesser angeordnet.A flow meter is arranged both in the feed line for the main part of the reaction gas and in the feed line for the N ₂ O for the precise setting of certain quantities and for the reproduction and control of the heat treatment.

Besondere Vorteile ergeben sich bei der Anwendung des Verfahrens auf das Glühen von siliziumhaltigen Metallteilen. Beim Glühen von siliziumhaltigen Metallteilen mit Wasser als Entkohlungsmittel besteht die Gefahr, daß mit dem Wasser des Reaktionsgases und dem Silizium des Werkstücks an der Oberfläche des Metallteils Kieselsäure entsteht und so eine Siliziumoxidhaut gebildet wird, die den Entkohlungsvorgang stoppt. Diese Gefahr wird durch die Verwendung von N₂O als entkohlendes Additiv von vorneherein ausgeschaltet.Special advantages result from the application of the method to the annealing of silicon-containing metal parts. When annealing silicon-containing metal parts with water as the decarburizing agent, there is a risk that with the water of the reaction gas and the silicon of the workpiece, silicic acid is formed on the surface of the metal part and a silicon oxide skin is thus formed, which stops the decarburization process. This risk is eliminated from the outset by using N ₂ O as a decarburizing additive.

Im folgenden wird anhand der schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.The following is based on the schematic sketch Embodiment of the method according to the invention explained.

Die Figur zeigt eine Funktionsskizze Regelung einer Entkohlungsatmosphäre mit Distickstoffoxid.The figure shows a functional sketch of a regulation Decarburizing atmosphere with nitrous oxide.

In einen Ofen 1 mündet eine Zufuhrleitung 4, in die die Zuleitung 5 und die Verbindungsleitung 6 münden. In der Zuleitung 5 ist ein Regulierventil 7 und ein Durchflußmesser 8 angeordnet. Das Abgas verläßt den Ofen 1 über eine Abgasleitung 11, in der ein Gasanalysator 12 angeordnet ist, der den CO-Gehalt des Abgases ermittelt. Der Gasanalysator 12 ist mit einer Regeleinheit 13 verbunden, die ein Stellglied 14 ansteuert. Über eine Zuleitung 15, in der ebenfalls ein Durchflußmesser 16 angeordnet ist, wird dem Stellglied 14 N₂O zugeführt, das dann über die Verbindungsleitung 6 weitergeleitet und mit dem Trägergas zusammengeführt wird.A feed line 4 opens into a furnace 1 , into which the feed line 5 and the connecting line 6 open. A regulating valve 7 and a flow meter 8 are arranged in the feed line 5 . The exhaust gas leaves the furnace 1 via an exhaust gas line 11 , in which a gas analyzer 12 is arranged, which determines the CO content of the exhaust gas. The gas analyzer 12 is connected to a control unit 13 which controls an actuator 14 . Via a feed line 15 , in which a flow meter 16 is also arranged, the actuator 14 is supplied with N ₂ O, which is then passed on via the connecting line 6 and brought together with the carrier gas.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine bestimmte Trägergasmenge, die z.B. aus 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff gebildet sein kann, mit Hilfe des Regulierventils 7 eingestellt. Dieser Trägergasmenge wird zunächst eine feste Menge N₂O-Additiv zugemischt, die etwa 0.5 bis 1 Vol-% der Trägergasmenge beträgt. Das den Ofen verlassende Gasgemisch enthält im folgenden einen ansteigenden CO-Gehalt. Je nach gewünschter Entkohlung kann nun mit Hilfe der Regeleinheit eine Entkohlungsbehandlung gefahren werden, die entweder zunächst die N₂O-Additivzugabe noch erhöht und auf ein höheres CO-Niveau einstellt oder die die anfangs gewählte Zugabemenge beibehält. Sinkt nach einer gewissen N₂O-Zugabezeit die CO-Emission unter einen vorgegebenen Wert, so wird die N₂O-Zugabe auf Null geregelt. Ebenso ist auch die Zugabe von N₂O für eine vorbestimmte Zeit möglich. Man besitzt also mit einer solchen Anordnung die Möglichkeit, verschiedenste entkohlende Wärmebehandlungen exakt, einfach und sparsam durchzuführen.To carry out the method, a certain amount of carrier gas, which can be formed, for example, from 95% nitrogen and 5% hydrogen, is set with the help of the regulating valve 7 . A fixed amount of N ₂ O additive, which is approximately 0.5 to 1% by volume of the amount of carrier gas, is first mixed into this amount of carrier gas. The gas mixture leaving the furnace subsequently contains an increasing CO content. Depending on the desired decarburization, a decarburization treatment can now be carried out with the help of the control unit, which either initially increases the N ₂ O additive addition and sets it to a higher CO level or which maintains the initially selected addition amount. If the CO emission drops below a predetermined value after a certain N ₂ O addition time, the N ₂ O addition is regulated to zero. It is also possible to add N ₂ O for a predetermined time. With such an arrangement, it is possible to carry out a wide variety of decarburizing heat treatments precisely, easily and economically.

Claims (5)

1. Verfahren zum entkohlenden Glühen von Metallteilen mittels eines Reaktionsgases, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas als entkohlendes Additiv Distickstoffoxid (N₂O) zugemischt wird.1. A process for the decarburizing annealing of metal parts by means of a reaction gas, characterized in that nitrous oxide (N ₂ O) is added to the reaction gas as a decarburizing additive. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die N₂O-Zugabe zum Reaktionsgas mittels des CO-Gehalts des Abgases geregelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the N ₂ O addition to the reaction gas is controlled by means of the CO content of the exhaust gas. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2 mit einem Ofen, in den eine Zufuhr- und eine Abgasleitung münden, gekennzeichnet durch einen in der Abgasleitung (11) oder in einer speziellen Absaugleitung angeordneten, den CO-Gehalt messenden Gasanalysator (12), der an eine Regeleinheit (13) angeschlossen ist, die die N₂O-Zufuhr in den Ofen (1) mittels eines Stellglieds (14) regelt.3. Device for carrying out the method according to one of claims 1 and 2 with an oven, into which a supply and an exhaust pipe open, characterized by an arranged in the exhaust pipe ( 11 ) or in a special suction line, the CO content measuring gas analyzer ( 12 ), which is connected to a control unit ( 13 ) which controls the N ₂ O supply into the furnace ( 1 ) by means of an actuator ( 14 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung 5 für den Hauptteil des Reaktionsgases und in der Zuleitung 12 für das N₂O jeweils ein Durchflußmesser angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 4, characterized in that in each case a flow meter is arranged in the feed line 5 for the main part of the reaction gas and in the feed line 12 for the N ₂ O. 5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf das entkohlende Glühen von siliziumhaltigen Metallteilen.5. Application of the method according to claim 1 or 2 the decarburizing glow of silicon-containing Metal parts.