[发明专利]用于对工件进行淬火的方法和装置以及根据该方法被淬火的工件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行淬火的方法、一种用于实施该方法的装置以及根据该方法被淬火的工件。根据本发明的方法包括下述步骤：

(a)将工件加热到950℃至1200℃的温度；

(b)在950℃至1200℃的温度和小于100毫巴的压力时，向工件加载含碳的气体和/或含氮的气体；

(c)在950℃至1200℃的温度，将工件保持在压力小于100毫巴的气氛中；

(d)可选地将步骤(b)和(c)重复一次或多次；并且

(e)冷却工件。

根据本发明的装置包括两个或更多个渗碳室、至少一个冷却室和一个用于操作用于工件的托架的传送系统，其中，每个渗碳室可通过一个或多个真空活门或热绝缘活门与冷却室连接并且每个渗碳室具有用于托架的接纳部和加热元件。

工件主要是指由金属材料制成的机器部件和传动装置部件、例如由钢合金如28Cr4(根据ASTM 5130)、16MnCr5、18CrNi8和18CrNiMo7-6制成的齿圈、齿轮、轴或喷射组件。

背景技术

借助渗碳对工件进行淬火的方法和装置已被现有技术公开。

DE 103 22 255A1公开了一种用于在可抽真空的处理室中在高于930℃的温度下借助碳排放气体对钢部件进行渗碳的方法，其中，在加热期间和扩散阶段期间均向处理室中添加氮排放气体、如氨气。

DE 103 59 554B4描述了一种用于在真空炉中对金属工件进行渗碳的方法，其中，炉气氛具有碳载体，其在渗碳的过程条件下裂解释放出纯碳，其中，碳载体的输入脉冲式地进行，每次渗碳脉冲之后是扩散暂停并且待输入的碳氢化合物量在渗碳脉冲期间这样改变，使得其匹配材料当前的吸收性，为此，在每次渗碳脉冲开始时乙炔体积流设定得很大并且测量炉气氛或废气中存在的氢气和/或乙炔和/或碳总量的浓度并且依此相应降低乙炔体积流。

DE 10 2006 048 434A1涉及一种渗碳方法，该方法在热处理炉中的保护气体或处理气氛中得以实施，其中，酒精和二氧化碳被加入热处理炉中并且发生化学反应。乙醇和二氧化碳被加入热处理炉中，所加入的乙醇和二氧化碳的比例优选为1∶0.96。由此产生的热处理气氛特别适合于对金属材料、例如钢铁材料进行渗碳以及渗碳中性的退火。

DE 10 2007 038 991A1描述了一种用于对工件进行热处理的、尤其是用于对金属工件进行气体渗碳的转底炉，该转底炉具有炉空间、限定炉空间底侧的转底、在侧面包围炉空间的外壁和在顶部限定炉空间的顶板，其中，炉空间借助内壁划分为至少两个处理区，所述内壁相对于转盘的旋转轴径向延伸。为了处理工件，在转盘上设置多个相对于转盘的旋转轴径向定向的并且可在径向上装料的用于接纳工件或工件支架的托架，其中，每个内壁具有与托架互补地成形的通道，托架通过所述通道可在转盘旋转时在圆周方向上穿过相应的内壁。

DE 10 2007 047 974A1公开了一种用于对钢工件、尤其是具有外表面和内表面的工件进行渗碳的方法，其中，将工件在850至1050℃的温度范围中保持在含有气态的碳氢化合物的气氛中。使用至少两种不同的气态的碳氢化合物和/或交替地将工件在渗碳脉冲期间保持在含有气态的碳氢化合物的气氛中和在扩散阶段期间保持在无碳氢化合物的气氛中。

现有技术中公开的方法具有一个或多个下述缺点：

-借助渗碳对工件进行淬火所需的温度大于850℃，其中，加热所需时间常常大于45分钟。为了实现足够的生产率或工件的高生产量，渗碳分批进行，且每批工件数量较多，所述工件以多个上下叠置的层设置在炉料托架中。例如具有10个炉栅的炉料托架装载共160个由28Cr4合金(根据ASTM 5130)制成的齿圈，其中，在10个炉栅的每个上并排设置16个齿圈。常见的炉料托架或装载位置在三个空间方向上分别具有400mm至2000mm范围中的尺寸。这种传统的装料方式(Chargierung)在此并且在下面也被称为“3D装料”。渗碳在制造过程中在基本上串联的机械加工(所谓的软加工)之后进行。为此设置缓冲区，软加工的工件聚集其中，直到完成3D装料以进行渗碳。无论对于加热炉还是缓冲区来说，对3D装料进行渗碳都需要相当的面积。此外，3D装料的渗碳使机械加工的准连续流中断并导致物流成本增加。在3D装料的缓冲状态中(3D-Chargen-Pufferung)需要手动操作工件，因为出于技术和经济原因无法使用适合与此的机器人系统；

-3D装料渗碳时产生更多的含碳残留物，其可污染工件以及周围的生产线；