部件热处理的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种部件热处理的方法和设备，部件处于在炉的处理室就地产生的保护性气体环境中以大致上保护该部件的表面性能。本发明专利技术方法包括以下步骤：将炉加热到温度大于６００℃并将含最高可达３％体积氧气的氮气和一种还原气注入或加入到处理室中。为了使烃的量和炉处理室中气体的氧含量相当，测定根据本发明专利技术炉（１４）处理室（１０）中产生的保护性气体中的氧活度，由所测得的氧活度值产生一实际的数值信号，该数值信号输入一控制器（１５），在控制器中储存有设置的氧气活性值，由这些参考值产生参考值信号，然后参考值信号与实际值信号进行对比并且控制器（１５）在实际值和参考值信号之间变化时改变还原气体的输入直到实际值信号和参考值信号相对应。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1和13前叙部分的一种部件热处理的方法和装置。在金属部件的热处理中，特别是在回火钢的硬化中，在炉的处理室中必须要有一种气体环境，该环境在加热和贮留阶段不能对含碳金属部件进行碳化或脱碳。这种对碳化作用呈中性的气体环境由氮气和反应性组分所调定，氮气和反应性组分是在大于600℃的温度下注入或导入炉的处理室中的。在某些特殊的情况(这取决于炉的类型和条件)中，向炉的加工处理室注入或导入最高达1％体积的氮气和烃是足够以硬化而没有脱碳化作用。加入的烃量基本上取决于进入炉处理室的氧气。因为氧气的进量是由炉的类型和条件所决定的，所以在气体环境中的氧气量只能凭经验测定。如果注入或导入的烃过量，在整个炉处理室表面上沉积烟灰，必须不断地被烧掉。(烟灰沉积)除了通过缝隙进入炉处理室的氧气，目前用于在气体环境中部件热处理的非低温制备的氮气日益增多，这种氮气包括最高可达3％体积的残余氧。取决于非低温制备氮气中残余氧含量，在氧气和烃反应之后，形成了由一氧化碳，氢和氮(少量甲烷，水蒸汽和二氧化碳)组成的保护性气体环境。通过氮引入的氧在它与回火钢接触之前以以下反应与烃进行结合。EP0 522 444 A2公开了在部件热处理中使用非低温制备氮并通过特殊的装置在混合物与在处理室加热的部件接触前完成氧与烃的反应。注入或导入的烃量必须与在炉处理室中的氧含量相对应以防止烟灰沉积以及同时部件的碳化。如果烃的量不够，可能出现部件的氧化。因此希望有一种设备，用它可以最佳地计量进入炉处理室的烃。本专利技术的目的就是建立一种方法和一个装置，通过它们烃的量可以与炉处理室中气体环境的氧含量相对应。这个目的根据本专利技术用权利要求1和13的特征达到。本专利技术有益的发展在从属权利要求中有详细说明。根据本专利技术，在炉处理室中形成的保护性气体的氧气活度进行了测定，并由所测定的氧气活度值产生实际的数值信号。实际数值信号输入控制器，而在控制器中储存有氧气活度的参考值。参考值产生参考值信号，该信号与实际值信号进行比较。控制器根据实际值信号和参考值信号之间的变化改变还原气的输入直到实际值信号和参考信号相一致。通过依赖于用氧活度测定确切得到的处理室中氧含量来控制烃量，向炉处理室注入或导入烃，通过它氧气可以通过反应。可靠地被结合，而没有剩余的烃留在炉处理室中，否则剩余烃会与部件产生不希望有的反应。通过测量炉处理室中气体环境的氧活度，测得通过缝隙进入炉处理室的氧气量和在非低温制备氮气中的氧气量以及它们在部件加热处理期间出现的变化并且进行调整。在非低温制备氮气中的氧含量取决于压力交变吸附车间或膜法制氮车间的负荷能力，另外取决于所用的空气和它的温度，因此它们在部件的加热处理中受到重视。在氮气中1％体积的残余氧在完全反应的保护性气体混合物中由此产生1.9％ CO1.9％ H20.95％CH495.25％ N2这种类型稀薄内生气体可以快速与加入到炉处理室中的结合或游离氧进行结合，因此使氧气对加热处理过程不产生危害。最佳反应和混合时的CO/H2比例约为2∶3。空气进入 a)b)氧化物进入 a)b)由结合氧的组分产生的水和二氧化碳必须要用加入处理室的烃进行转化，因为这两种组分对溶在金属中的碳有脱碳化作用。CO2和H2O的结合a)b)脱碳化作用a)b)因此反应性组分(CO，H2和CH4)的含量取决于所加入的非结合或结合氧的量并决定了加热处理的成功。因此，为了有足够高含量的CO和H2，设法保持氮气中的氧含量不变。如果注入或导入氮气中的氧含量降至零并且几乎没有氧通过缝隙进入炉处理室，烃量减至零并且只需向处理室注入或导入氮气。注入或导入到炉处理室并含有最高可达3％体积氧的氮气或烃在处理室外部充分混合并直接注入处理室的温度最高点，以便氧和烃反应并且形成对碳化作用中性的反应气体。蒸汽和二氧化碳的含量通常低于0.10％体积。转化度使用O2探示器或λ探示器进行连续测量，由此来控制烃的进入。在使用λ探示器测量情况中，可以从炉处理室中吸出少量的测试气流，快速冷却，送入λ探示器中。测量信号传递到控制器中，控制器中含有一计算机，计算出氧气的活度。基于这些数值，控制烃的量。由于测量的顺序，烃进料的控制是与氧气的量无关，因此与氮气量无关，因为控制参数是“最终保护性气体”的氧气活度。用这一过程，形成影响性的烟灰减至最低，因为只有所需的烃量被输入。根据本专利技术一有益的发展，氧活度用一O2探示器或λ探示器进行测定。用这种方法，一种特别便宜的控制成为可能，它可以在现有的炉设备中简易安装。对使用者的炉设备不需要复杂的改造。使用者可简单地进行维护。根据本专利技术的进一步发展，氧活度是在处理室中基本上温度最高处测定的，在那儿进行部件的热处理。通过在基本上温度最高处氧活度测量，测得在炉处理室中绝大部分完全反应的保护性气体的组成。因为在这种完全反应的保护性气体混合物中，在这一点处形成了最低的残余烃，水和二氧化碳浓度，也仅有最少量烃被加少，由此减少了烟灰产生的危险性。根据本专利技术的进一步发展，与O2％体积含量相对应的还原气基本量在注入炉处理室中之前输入到含量最高可达3％体积氧气的氮气中。通过将与氧含量相对应的还原气体基本量在处理室外输入到含最高可达3％体积氧气的氮气中，这两种气体在注入或导入处理室之前进行充分混合。形成了含最高可达3％体积氧气的氮气和还原气体的基本量的均匀气体混合物，这在注入或加入到处理室之后立即将氧气“即时”的转化成组分一氧化碳，氢和残余甲烷，以及少量水和CO2。还原气体的基本量可以在控制器上或者在一分开的控制器上预先自动设置。根据一种进一步发展的变化，还原气体的基本量也可以手动预置，通过手动设置的控制元件或在输料管中放置孔板。输入到含最高可达3％体积氧的氮气中的还原气体基本量减少了通过氧活度控制的还原气体量，从而增加了控制速度。还原气体的基本量应当总是要使由此得到的氧活度总是高于被控制的活度。工厂实验已经发现还原气体的基本量相应于在氮气中的部分氧气流量并因此得到氧活度一致性的低波动控制。即如果在10m3(N2，O2)/h中有1％体积的氧，必须有100l丙烷/h与在该点的氮气混合。根据本专利技术的进一步发展，由控制器确定的还原气体控制量输入到含最高可达3％体积氧气的氮气中。通过在炉处理室中气体环境中的氧活度测量的氧活度为了处于有利热处理的范围必须进一步降低。在这种情况中控制器中测得的控制量输入到含最高可达3％体积氧气的氮气中，这引起气体的混合，由此产生均匀的气体混合物，该气体混合物在注入或导入处理室之后立即转化残余氧。根据本专利技术的进一步发展，由控制器确定的还原气体的控制量分开输入炉处理室中。在本专利技术方法基础上转化现有的炉设备时，令人惊奇的是可以使用现有气体输送并且还原气体的控制量可以直接输入处理室中。氧气的转化在此通过安装在处理室中的扇等有利地支持，这确保了在炉处理室中气体环境的循环。根据本专利技术进一步发展，丙烷作为还原气体注入或导入炉处理室中。当使用丙烷时，在炉处理室气体中气体气氛的CO2和H2O含量很快地降至低于0.01％体积CO2和低于0.03％体积H2O的低含量。因为只有水和二氧化碳进行脱碳化，由于极其低的浓度，金属结构研究结果也是无缺陷的。和已在低温制得氮下热处理过的部件没有差异。根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种部件热处理的方法，部件处于在炉处理室内就地产生的保护性气体环境中以基本上保护这些部件的表面性能，该方法包括以下步骤： 将炉加热到大于６００℃的温度， 将含量可高达３％体积氧的氮和还原气注入或导入处理室，其特征是，测量在炉（１４）的处理室（１０）中所产生的保护气体的氧活度，由测得的氧活度值产生一实际值信号， 该信号输入一控制器（１５），在控制器中储存有氧活度的参考值， 由参考值形成一参考信号，该信号与实际值信号相比较以及 控制器（１５）在实际值信号和参考信号有差异时改变还原气体的输入，直到实际值信号和参考信号相一致。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HP施密特，
申请(专利权)人：梅塞尔格里斯海姆有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]