ES2148693T5 - Procedimiento de cementacion de metales. - Google Patents
Procedimiento de cementacion de metales.Info
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Abstract
EN UN METODO DE CEMENTACION DE METALES DE ACUERDO CON LA PRESENTE INVENCION EN DONDE SE INTRODUCEN GAS DE HIDROCARBURO Y GAS DE OXIDACION EN UN HORNO DE TRATAMIENTO TERMICO, UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE GAS DE HIDROCARBURO DE BAJA PRESION ES INTRODUCIDA EN EL HORNO DE TRATAMIENTO TERMICO. EL TIEMPO DE DESPLAZAMIENTO Y EL GRADIENTE DEL POTENCIAL DE CARBONO QUE VARIA HACIA UN NIVEL ALTO O BAJO PREDETERMINADO SON CONTROLADOS MEDIANTE EL INCREMENTO O REDUCCION DE LA CANTIDAD DE GAS DE CEMENTACION Y GAS DE OXIDACION A SER SUMINISTRADOS AL HORNO. DESPUES DE QUE EL POTENCIAL DE CARBONO HA ALCANZADO EL NIVEL MAS ALTO O BAJO, EL POTENCIAL DE CARBONO ES MANTENIDO DURANTE UN TIEMPO PREDETERMINADO DE PERIODO PARA EVITAR QUE EL CARBURO DEPOSITADO SE HINCHE. CON EL FIN DE EVITAR QUE EL CONDUCTO DE SUMINISTRO DE GAS (17) CHOQUE CON EL HOLLIN DEL HIDROCARBURO SE VIERTE GAS DE OXIDACION DE PRESION INTERMEDIA EN EL CONDUCTO DE SUMINISTRO DE GAS (17). CON EL FIN DE EVITAR QUE LOS COMPONENTES DE LA ATMOSFERA EN ELHORNO VARIEN DEBIDO AL CAMBIO EN LA PRESION DEL HORNO CUANDO SE ABRA O CIERRE LA PUERTA (16), SE AÑADEN GAS DE HIDROCARBURO DE PRESION BAJA Y GAS DE OXIDACION DE PRESION INTERMEDIA EN EL CONDUCTO DE CONVERSION EN LA ZONA DE PRECALENTAMIENTO. SE SUMINISTRA CO{SUB,2} DE PRESION INTERMEDIA EN CADA CONDUCTO DE SUMINISTRO DE GAS (17) AL MISMO TIEMPO CON EL FIN DE ELIMINAR EL HOLLIN EN CADA UNO DE LOS CONDUCTOS DE SUMINISTRO DE GAS (17) Y PARA EVITAR QUE LA FALTA DE CO SEA INTRODUCIDA EN EL HORNO.
Description
Procedimiento de cementación de metales.
Esta invención se refiere a un método de
cementación de metales, y más particularmente se refiere a un método
de cementación de metales, donde el gas hidrocarburo y el gas de
oxidación se introducen dentro de un horno de tratamiento de calor
con el fin de impedir que se acumule un carburo depositado, de
manera que se reduce el tiempo de tratamiento para mejorar la
capacidad de reproducción, y se previene la formación de hollín para
reducir los costes de mantenimiento o similares.
La figura 3 muestra un horno de carga
convencional. En la figura 3, un número de referencia 1 designa una
cámara de calentamiento, 2 designa una cámara de refrigeración, 3
una puerta de entrada para dicha cámara de calentamiento 1, 3a un
orificio de apertura y cierre formado en dicha puerta de entrada 3,
4 una puerta intermedia, 4a una salida formada en dicha puerta
intermedia 4, 5 una puerta de salida para dicha cámara de
refrigeración 2, 6 un depósito de aceite de refrigeración, 7 un
dispositivo de escape de aire en exceso, 8 una llama de cortina que
debe encenderse cuando la puerta de salida 5 está abierta, 9 y 10
tubos de suministro de gas, 11 y 12 válvulas proporcionadas en
dichos tubos de suministro de gas 9 y 10, respectivamente, y 19 un
ventilador de
agitación.
agitación.
La figura 4 muestra un horno continuo
convencional y a las partes del horno que son similares a las
partes correspondientes del horno mostrado en la figura 3 se les ha
dado números de referencia correspondientes y no necesitan que se
describan adicionalmente.
Un número de referencia 15 designa una cámara de
recepción de la pieza de trabajo, 16 una puerta para la cámara de
recepción de la pieza de trabajo 15, 17 un tubo de suministro de
CO_{2}, 18 una válvula proporcionada en dicho tubo de suministro
de CO_{2} 17, y 20 un tubo de suministro de material de gas.
En el método de cementación convencional, un gas
convertido obtenido desde el horno de conversión se utiliza como un
gas de soporte. Recientemente, con el fin de mejorar la calidad, y
reducir el tiempo de tratamiento y el coste de funcionamiento se ha
propuesto un método de este tipo en el que no se utiliza el horno de
conversión, sino que se introducen un gas hidrocarburo y un gas de
oxidación directamente dentro del horno para llevar a cabo el
metamorfismo y la cementación en el horno. Adicionalmente, un método
de cementación de este tipo en el que se incrementa el potencial de
carbono en la atmósfera del horno para reducir el tiempo de
tratamiento se describe en las Patentes Japonesas Publicadas Nº
128577/1980 y 49621/1994, y en las Publicaciones de Patentes
Japonesas Nº 21866/1987, 38870/1989 y 51904/ 1994, por
ejemplo.
La figura 5 es un gráfico que muestra la relación
entre una curva de temperatura a y una curva de potencial de
carbono b en un ejemplo del método de cementación
convencional. En este método, una pieza de trabajo insertada dentro
de un horno para procesamiento se calienta y se mantiene a una
temperatura de la región de austenita, tal como 930ºC en una
atmósfera de cementación. La pieza de trabajo es cementada durante
un tiempo predeterminado en un potencial de carbono de
aproximadamente 0,8%, sometida a proceso de difusión en un
potencial de carbono de aproximadamente 0,7%, y a continuación
refrigerada y endurecida a 850ºC.
La figura 6 muestra un método de cementación en
la Patente Japonesa Publicada Nº 49621/1994. En este método, durante
el proceso de cementación, el potencial de carbono se varía hasta
aproximadamente 1,1% y 0,8, alternativamente, para reducir el tiempo
de cementación y para impedir que se forme hollín en el horno.
El tiempo de cementación puede reducirse, si se
lleva a cabo la cementación en una atmósfera de potencial de carbono
más alto. Sin embargo, en muchos casos, la pieza de trabajo que debe
tratarse incluye elementos químicos especiales en el interior que
depositan fácilmente carburos. Por consiguiente, si el potencial de
carbono de la atmósfera en el horno se ajusta a un nivel alto
descuidadamente, se acumula el carburo depositado provocando la
reducción de la resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo, y el
tiempo de cementación no puede reducirse.
Un objeto de la presente invención es eliminar el
defecto anterior del método de cementación convencional.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un método de cementación de metales de acuerdo con la
reivindicación 1.
En un método de cementación de metales de la
presente invención, donde el gas hidrocarburo y el gas de oxidación
se introducen dentro de un horno de tratamiento de calor, una
cantidad pequeña de gas hidrocarburo de una presión baja se
introduce dentro del horno de tratamiento con el fin de formar una
atmósfera inicial. Adicionalmente, en la presente invención, un
tiempo de desviación y un gradiente de un potencial de carbono que
varía hacia un nivel diferente se controlan incrementando o
disminuyendo las cantidades de gas hidrocarburo y de gas de
oxidación.
oxidación.
Adicionalmente, en la presente invención, un
potencial de carbono de la atmósfera del horno se mantiene durante
un tiempo predeterminado en un nivel alto de este tipo para impedir
que se acumule un carburo depositado en una pieza de trabajo que
debe procesarse cuando se lleva a cabo un proceso de cementación, y
donde el potencial de carbono se mantiene durante un tiempo
predeterminado en un nivel bajo para llevar a cabo el tratamiento de
solución del carburo depositado cuando se lleva a cabo el proceso de
cementación.
Adicionalmente, en la presente invención, el gas
de oxidación de presión intermedia es conducido dentro de un tubo de
suministro de gas para impedir que se forme hollín en el tubo de
suministro de gas.
Adicionalmente, en la presente invención, el gas
hidrocarburo de una presión intermedia y el gas de oxidación de una
presión intermedia se suministran dentro de un tubo de conversión en
una zona de precalentamiento para prevenir que se alteren los
componentes de la atmósfera en el horno. La presión intermedia es
una presión entre una presión baja (no más alta de 0,025
kg/cm^{2}) y una presión alta (no menor de 10 kg/cm^{2}).
Además, en la presente invención, se inyecta
CO_{2} de presión intermedia se inyecta en todos los tubos de
suministro de gas a la vez para eliminar una formación de hollín en
cada uno de dichos tubos de suministro de gas y para impedir la
falta de CO en el horno.
Los que preceden y otros objetos, características
y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la
siguiente descripción más particular de una forma de realización
preferida de la invención, como se ilustra en los dibujos que se
acompañan.
La figura 1 es un gráfico que explica un método
de cementación de metales según la presente invención.
La figura 2 es una vista ampliada de una porción
mostrada en la figura 1.
La figura 3 es una vista lateral en sección de un
horno de carga convencional.
La figura 4 es una vista lateral en sección de un
horno continuo convencional.
La figura 5 es un gráfico que explica un método
de cementación de metales convencional.
La figura 6 es un gráfico que explica otro método
de cementación de metales convencional.
En la presente invención, donde se utiliza el
horno de carga como se muestra en la figura 3, se abre la puerta de
entrada 3 para la cámara de calentamiento 1, la rotación del
ventilador de agitación 19 en la cámara de calentamiento 1 se para
con el fin de evitar que entre aire exterior dentro de la cámara de
calentamiento 1, y una pieza de trabajo tal como acero etc. que debe
tratarse se inserta a través de la puerta de entrada 3 dentro de la
cámara de calentamiento
1.
1.
Entonces, la puerta de entrada 3 se cierra, y el
gas de oxidación tal como CO_{2} de un presión intermedia se
introduce dentro de la cámara de calentamiento 1 y al mismo tiempo
el orificio de cierre y apertura 3a se abre con el fin de purgar al
aire exterior introducido dentro de la cámara de calentamiento 1,
cuando la pieza de trabajo se introduce
dentro.
dentro.
Después de eso, se introduce una cantidad pequeña
de gas hidrocarburo tal como C_{4}H_{10} de un presión
intermedia (0,025 kg/cm^{2} - 0,1 kg/cm^{2}, preferiblemente
0,07 kg/cm^{2}) dentro de la cámara de calentamiento 1 a una
velocidad de 10 - 200 litros/minuto, preferiblemente 40
litros/minuto, y se cierra el orificio de apertura y cierre 3a.
Entonces, el ventilador de agitación 19 es girado, y la pieza de
trabajo es calentada hasta aproximadamente 930ºC sin añadir ningún
catalizador para llevar a cabo los procesos de cementación y
difusión.
A continuación, la pieza de trabajo es
refrigerada a la temperatura de endurecimiento de aproximadamente
850ºC. Luego, la puerta intermedia 4 se abre, y la pieza de trabajo
se mueve a la cámara de refrigeración 2. Entonces, la pieza de
trabajo es bajada por un elevador (no mostrado) dentro del depósito
de aceite de refrigeración 6 para llevar a cabo el endurecimiento
durante aproximadamente 15 minutos. Después de eso, la pieza de
trabajo es elevada desde el depósito de aceite de refrigeración 6 y
permanece durante aproximadamente 10 minutos para que caiga el
aceite desde la pieza de trabajo. A continuación, se abre la puerta
de salida 5, y la pieza de trabajo se expulsa desde la misma. Cuando
la puerta intermedia 4 se abre y la pieza de trabajo se mueve a la
cámara de refrigeración 2, el aire en la cámara de refrigeración 2
se expande debido a la radiación de calor desde la cámara de
calentamiento 1 y la pieza de trabajo calentada. Cuando la puerta
intermedia 4 está cerrada, se corta la radiación de calor a la
cámara de refrigeración 2 desde la cámara de calentamiento 1. Por
consiguiente, cuando la pieza de trabajo se sumerge dentro del
aceite de refrigeración en el depósito de aceite de refrigeración 6,
la presión en la cámara de refrigeración 2 es negativa. Para impedir
que la presión en la cámara de refrigeración 2 sea negativa, la
válvula 12 se abre y el CO_{2} de presión intermedia se suministra
a través del tubo de suministro de gas 10 a la cámara de
refrigeración
2.
2.
En caso de que se utilice el horno continuo, se
introduce una cantidad predeterminada de gas de oxidación dentro de
las zonas de cementación y difusión, y el gas hidrocarburo se
introduce dentro de la zonas de precalentamiento, cementación,
difusión y endurecimiento.
En la presente invención, se ajusta la cantidad
de gas hidrocarburo introducida en cada una de dichas zonas de
acuerdo con los valores del sensor de O_{2}, del analizador
infrarrojo de CO_{2}, de la bobina de CP y del punto de rocío con
respecto a cada una de dichas zonas, de manera que puede obtenerse
una (actividad) potencial de carbono predeterminada.
Como se indica anteriormente, por el control de
la cantidad de gas, no la cantidad de aire, puede suprimirse la
producción de formación de hollín.
Es decir que, como se muestra en las figuras 1 y
2, el potencial de carbono se varía repetidamente desde
aproximadamente 1,2% hasta aproximadamente 0,8% y viceversa en el
proceso de cementación y se mantiene en 1,2% o 0,8% durante un
tiempo predeterminado. Los gradientes de la curva b entre las
posiciones B-C y D-E, y los valores
de los tiempos de mantenimiento t_{1}, t_{2}, t_{3},
- - - se ajustan de forma adecuada, de manera que no se
acumule el carburo depositado, que se reduzca el tiempo de
cementación y que se evite de forma efectiva la producción de hollín
en el horno.
La Tabla 1 muestra un anillo exterior de SCM 420H
(75 mm de diámetro exterior, 57 mm de diámetro interior) procesado
por el método de cementación de la presente invención mostrado en la
figura 1 para comparación. En este caso, la temperatura de la
cementación y la difusión se ajusta a 930ºC, y el objeto del espesor
endurecido de la capa efectiva se ajusta entre 1,45 mm a 1,90 mm (Hv
513).
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Como es evidente a partir de dicha Tabla 1, de
acuerdo con esta forma de realización de la presente invención, es
posible reducir el tiempo total de procesamiento en 235 minutos en
comparación con el método convencional mostrado en la figura 5, y
reducirlo en 30 minutos en comparación con el método mostrado en la
Patente Japonesa Publicada Nº 49621/1994. Si un control de este tipo
indica que el potencial de carbono de la atmósfera en el horno se
incrementa más que el límite de la solución de sólidos de carbono en
la región de austenita a medida que continúa la temperatura, el
carburo depositado en pieza de trabajo se acumula. Por consiguiente,
en la presente invención, el tiempo de desviación y el gradiente del
potencial de carbono que varía hacia un nivel alto predeterminado se
controlan incrementando la cantidad de gas de cementación que debe
suministrarse al horno o disminuyendo la cantidad de gas de
oxidación que debe suministrarse, y después que el potencial de
carbono se ha alcanzado hasta un nivel alto, el potencial de carbono
se mantiene durante un período de tiempo predeterminado para impedir
que se acumule el carburo depositado en la pieza de trabajo. Después
de esto, el potencial de carbono de la atmósfera en el horno se
reduce hasta un nivel bajo predeterminado con el fin de llevar a
cabo el tratamiento de la solución del carburo depositado dentro de
la austenita. En esta etapa, el tiempo de cementación llega a ser
excesivo si el potencial de carbono es reducido, por descuido, hasta
un valor más bajo que el valor requerido. Por consiguiente, en la
presente invención, el tiempo de desviación y el gradiente del
potencial de carbono que varía hacia un nivel bajo predeterminado se
controlan disminuyendo la cantidad de gas de cementación que debe
suministrarse al horno o incrementando la cantidad de gas de
oxidación que debe suministrarse al horno. Después de que el
potencial de carbono ha llegado hasta el valor bajo, el potencial de
carbono se mantiene durante un período de tiempo predeterminado.
Estas etapas se repiten, y la difusión se lleva a cabo durante un
período de tiempo adecuado así como de la manera convencional, de
manera que se ajusta la densidad de carbono de la superficie. El
tiempo de desviación y el gradiente del potencial de carbono así
como el tiempo durante el cual el potencial de carbono se mantiene
en el nivel alto o el nivel bajo pueden variarse de forma adecuada
con el tiempo, debido a que la difusión de carbono en la pieza de
trabajo se reduce con el tiempo.
Para impedir que el tubo de suministro de gas se
obstruya con el hollín del hidrocarburo, puede conducirse gas de
oxidación de presión intermedia oportunamente dentro de dicho tubo
de suministro de gas a una presión de 2 - 10 kg/cm^{2},
preferiblemente a 5 kg/cm^{2}.
Adicionalmente, con el fin de impedir que los
componentes de la atmósfera en el horno se varíen debido al cambio
en la presión del horno cuando la puerta se abre o se cierra, se
añaden gas hidrocarburo de una presión intermedia (0,025 kg/cm^{2}
- 0,1 kg/cm^{2}, preferiblemente 0,07 kg/cm^{2}) y gas de
oxidación de una presión intermedia (2 - 10 kg/cm^{2},
preferiblemente 5 kg/cm^{2}) por un super cargador en el tubo de
conversión en la zona de precalentamiento.
Adicionalmente, en la presente invención, el
CO_{2} de presión intermedia se suministra dentro de cada tubo de
suministro de gas al mismo tiempo para eliminar el hollín en cada
uno de los tubos de suministro de gas, de forma contraria al método
convencional, donde el CO_{2} es suministrado en orden dentro de
cada tubo de suministro de gas en cada ciclo.
De acuerdo con la presente invención, se puede
resolver el problema de la falta de CO que debe introducirse dentro
del horno y puede reducirse notablemente el tiempo para la
cementación.
Como se indica anteriormente, de acuerdo con la
presente invención, el tiempo de procesamiento de la cementación de
metales puede reducirse, y el método de cementación de metales se
realiza económicamente.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito
particularmente con referencia a las formas de realización de la
misma, se entenderá por los técnicos en la materia que pueden
realizarse varios cambios en la forma y detalles sin apartarse del
alcance de la invención como se define por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (4)
1. Un método de cementación de metales,
caracterizado porque dentro de un horno de tratamiento
térmico se inserta una pieza de trabajo, se introduce un gas de
oxidación de una presión de entre 2 kg/cm^{2} - 10 kg/cm^{2},
preferiblemente 5 kg/cm^{2} para purgar aire en el horno hacia el
exterior, y se introduce un gas hidrocarburo de una presión entre
0,025 kg/cm^{2} - 0,1 kg/cm^{2}, preferiblemente 0,07
kg/cm^{2} a una velocidad entre 10 litros/minuto - 200
litros/minuto, preferiblemente 40 litros/minuto, siendo reajustada
la cantidad de dicho gas hidrocarburo para cambiar un potencial de
carbono de la atmósfera en el horno repetidamente en varios ciclos
entre aproximadamente 1,2% CP y aproximadamente 0,8% CP,
manteniéndose la atmósfera, durante cada ciclo, en 1,2% durante un
tiempo predeterminado (t1, t3) y manteniéndose la atmósfera en
aproximadamente 0.8% CP durante un tiempo predeterminado (t2) con el
cual los gradientes entre el valor de 0.8% CP y el valor 1.2% CP y
viceversa y los valores de los tiempos de mantenimiento (t1, t2, t3)
se fijan para proporcionar pendientes de valores 1.2% CP y
pendientes de valor 0.8% CP adecuados para evitar que el carburo
depositado durante el trabajo se agrupe y para llevar a cabo el
tratamiento de solución del carburo depositado.
2. El método de cementación de metales de acuerdo
con la reivindicación 1, donde se conduce un gas de oxidación de una
presión entre 2 kg/cm^{2} - 10 kg/cm^{2}, preferiblemente 5
kg/cm^{2} dentro de un tubo de suministro de gas con el fin de
impedir que se obstruya el tubo de suministro de gas con el hollín
del hidrocarburo.
3. El método de cementación de metales de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, donde el gas hidrocarburo de una
presión entre 0,025 kg/cm^{2} - 0,1 kg/cm^{2}, preferiblemente
0,07 kg/cm^{2} y el gas de oxidación de una presión entre 2
kg/cm^{2} - 10 kg/cm^{2}, preferiblemente 5 kg/cm^{2}, se
suministran dentro de un tubo de conversión en una zona de
precalentamiento para impedir que se alteren los componentes de la
atmósfera en el horno.
4. El método de cementación de metales de acuerdo
con la reivindicación 1, 2 ó 3, donde se inyecta gas de oxidación de
una presión entre 2 kg/cm^{2} - 10 kg/cm^{2}, preferiblemente 5
kg/cm^{2} dentro de todos los tubos de suministro de gas al mismo
tiempo para eliminar el hollín de cada uno de dichos tubos de
suministro de gas y para prevenir la falta de CO en el horno.
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