CN101784691B - 热处理炉 - Google Patents

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Abstract

一种热处理炉，其能高精度地控制热处理炉内的气氛，包括：作为反应室的第二加热区(51c)，该第二加热区(51c)具有保持被处理物(91)的炉底带(53)；以及气氛采集管道(56)，该气氛采集管道(56)在第二加热区(51C)内具有开口(56A)，从开口(56a)采集第二加热区(51c)内的气氛。此外，气氛采集管道(56)被设置成开口(56a)与炉底带(53)的距离是可改变的。

Description

热处理炉
技术领域
本发明涉及一种热处理炉，尤其涉及一种用于热处理由钢组成的被处理物的热处理炉。 
背景技术
一般，在控制好的气氛中加热由钢组成的被处理物的热处理中，一边将气氛气体导入热处理炉内，一边采集热处理炉内的气氛进行分析，基于上述分析结果来调节导入热处理炉内的气氛气体的流量(单位时间下的供给量)，藉此来控制热处理炉内的气氛。这样便能实现对被处理物的表面改性或氧化等引起的表面恶化的抑制。 
例如，在针对由钢组成的被处理物实施的气体渗碳氮化处理中，使R气体和氨气(NH3)以一定流量流入热处理炉内且基于热处理炉内的二氧化碳(CO2)的分压来控制热处理炉内的碳势(Cp)值，藉此能控制上述热处理炉内的气氛。在此，侵入被处理物的表层部的氮量不易在渗碳氮化处理中直接测定。因此，关于各热处理炉，经常的做法是：从以往的生产实效等中依据经验来确定氨气的流量与侵入被处理物的表层部的氮量的关系，并通过调节在渗碳氮化处理中能直接测定的氨气的流量来控制侵入被处理物的表层部的氮量。 
此外，基于各热处理炉以往的生产实效等，并考虑被处理物的量、形状等后依据经验来确定上述氨气的流量。但是，当发生需要渗碳氮化处理没有以往的生产实效这样的量或形状的被处理物时，则需要进行用于确定在这种渗碳氮化处理中最适合的氨气流量的尝试。其结果是，在确定最适合的氨气流量之前不易使被处理物的品质稳定。此外，由于需要在批量生产线上实施上述尝试，因而可能会产生无法满足品质要求的被处理物，从 而导致生产成本上升。 
对此提出了如下方法：通过调节残留在热处理炉内的气态氨的浓度、即未分解氨浓度(氨的残留气体浓度)，而不是调节随热处理炉的形状、被处理物的量或形状而变化的氨气流量，藉此来控制侵入被处理物的氮量(参照例如恒川好树等3人，“气体渗碳氮化处理中空隙的产生与氮的扩散举动”，热处理，1985年，25卷，5号，p.242-247(非专利文献1)以及日本专利特开平8-13125号公报(专利文献1))。即，测定在渗碳氮化处理中能得以测定的未分解氨浓度，基于与热处理炉的形状、被处理物的量及形状等无关的情况下得以确定的未分解氨浓度与侵入被处理物的氮量的关系来调节氨气的流量。藉此，不需要通过尝试法确定最适合的氨气流量，便能控制侵入被处理物的氮量，从而能使被处理物的品质稳定。 
而且，还提出了如下的渗碳氮化方法：采用碳的活度除以未分解氨的体积分率后的值、即γ值作为参数来控制炉内的气氛，藉此能调整氮侵入被处理物的侵入速度(参照日本专利特开2007-154293号公报(专利文献2))。这样，不仅能使被处理物的品质进一步稳定，还能实施高效的渗碳氮化处理。 
非专利文献1：恒川好树等3人、“气体渗碳氮化处理中空隙的发生与氮的扩散举动”，热处理，1985年，25卷，5号，p.242-247 
专利文献1：日本专利特开平8-13125号公报 
专利文献2：日本专利特开2007-154293号公报 
但是，即使采用了上述文献中所公开的渗碳氮化方法，也会存在无法完全控制被处理物内部的氮的浓度。更具体而言，即使实施了上述文献所公开的渗碳氮化方法，也会存在侵入被处理物内部的氮的量比所预测的量少，从而无法得到期望的氮浓度的分布。可以认为，这是由于在现有的热处理炉中，热处理炉内的气氛的控制未必能以足够的精度进行。 
发明的公开 
发明所要解决的技术问题 
因此，本发明的目的在于提供一种能高精度地控制热处理炉内的气氛的热处理炉。 
解决技术问题所采用的技术方案 
本发明的热处理炉是用于实施钢的热处理的热处理炉。上述热处理炉包括：反应室，该反应室具有保持被处理物的保持部；以及气氛采集构件，该气氛采集构件在反应室内有开口，并从该开口采集反应室内的气氛。此外，气氛采集构件的上述开口与保持部的距离被设置成可改变。一般，在控制好的气氛中加热被处理物的热处理中，将气氛气体导入至加热到规定温度的热处理炉内，在确认了热处理炉内的气氛成为定常状态后将被处理物投入热处理炉内。此外，当热处理炉内的气氛成为定常状态时，以热处理炉内的气氛为均匀状态作为前提，对处理炉内的气氛进行分析，藉此来控制热处理炉内的气氛。但是，本发明人经过详细的研究发现，即使热处理炉内的气氛为恒定状态，该气氛也未必达到平衡状态，有时热处理炉内的气氛不均匀。因此，在热处理炉内的气氛为不均匀的状态下进行实施热处理时，较为理想的是，在采集同与被处理物接触的气氛具有同等成分的区域、即被处理物附近的气氛，并分析完该气氛的成分组成之后，基于上述分析结果来调整热处理炉内的气氛。也就是说，在热处理炉中，通过设置气氛采集构件以使得用于采集气氛的开口位于被处理物的附近，藉此能高精度地控制热处理炉内的气氛。 
然而，在热处理炉中，要热处理各种形状和量的被处理物。在热处理炉内单独采用将气氛采集构件设置成使上述开口位于保持有被处理物的保持部附近的对策时，若改变被处理物的形状或量，则被处理物与气氛采集构件可能会发生干扰。 
对此，在本发明的热处理炉中，以上述开口与保持部的距离可改变的形态设置有气氛采集构件。因此，即使改变了被处理物的形状或量，也可相应改变上述开口与保持部的距离，从而能采集被处理物附近的气氛。此外，能在分析完从被处理物附近采集到的气氛的成分组成之后，基于上述分析结果来调整热处理炉内的气氛。因此，根据本发明的热处理炉，可提 供一种能高精度地控制热处理炉内的气氛的热处理炉。 
在上述热处理炉中，较为理想的是，还包括：密封构件，该密封构件围住气氛采集构件的外周面；以及外侧壁部，该外侧壁部围住密封构件的外周面，且与反应室的外壁连接。此外，气氛采集构件以相对于外侧壁部能相对移动的形态设置。 
根据上述结构，通过将气氛采集构件与外侧壁部之间密封来抑制热处理炉内的气氛向外部漏出的同时，使气氛采集构件相对于外侧壁部移动，藉此能改变上述开口与保持部的距离。 
在上述热处理炉中，较为理想的是，气氛采集构件包括具有筒状形状的筒状部。而且，密封构件配置成围住上述筒状部的外周面。此外，气氛采集构件在上述筒状部的轴向以相对于外侧壁部能相对移动的形态设置。 
根据上述结构，气氛采集构件能一边在筒状部上被密封构件密封，一边相对于外侧壁部移动。其结果是，能平滑地改变上述开口与保持部的距离。另外，与上述筒状部的轴向垂直的截面的截面形状可以是多边形形状，但通过制成圆形，能进一步平滑地改变上述开口与保持部的距离。 
此外，上述密封构件还可以在气氛采集构件可相对于外侧壁部移动的方向上隔开间隔来配置多个。藉此，当气氛采集构件相对于外侧壁部移动时，气氛采集构件与外侧壁部之间能被稳定地密封。 
在上述热处理炉中，较为理想的是，还包括冷却密封构件的冷却部。在钢的热处理中，钢被加热到高温、例如700℃以上的温度，而热处理炉内的气氛也成为高温。因此，上述密封构件存在被加热到高温的情况。此时，密封构件因受热而产生恶化或损伤，从而可能会使气氛采集构件与外侧壁部之间的密封不完全。对此，通过包括冷却密封构件的冷却部，能抑制密封构件的温度上升，从而能抑制密封构件的恶化、损伤。 
在上述热处理炉中，上述热处理也可以是渗碳氮化处理。此时，上述热处理炉还能包括：气氛分析部，该气氛分析部与气氛采集构件连接，并计算出被气氛采集构件采集到的气氛中的未分解氨的体积分率；以及气氛控制部，该气氛控制部与气氛分析部连接，并基于计算出的未分解氨的体 积分率来控制反应室内的气氛。 
一般而言，渗碳氮化处理是在导入有R气体、富化气(enriched gas)和氨气等气体的热处理炉内，通过将由钢组成的被处理物加热到规定温度来进行的。此外，测定热处理炉内的Cp值、未分解氨的体积分率等，并据此来调整被导入热处理炉内的上述气体的量。此外，在将上述气体导入热处理炉内后经过足够的时间而使热处理炉内的气氛成为定常状态之后，将被处理物搬入热处理炉内。因此，以热处理炉内的气氛均匀为前提来测定Cp值、未分解氨的体积分率等，并据此来控制热处理炉内的气氛。但是，即使当热处理炉内的气氛成为定常状态之后将被处理物投入热处理炉内，也会发生无法完全控制被处理物内部的氮浓度这样的问题。 
对此，本发明人对热处理炉内的未分解氨的体积分率的均匀性进行了详细地研究，关于上述问题的原因，得到如下见解。 
即，被导入热处理炉内的氨分解成氮和氢。此外，上述氮侵入被处理物。在此，在热处理炉内导入R气体、富化气和氨气等气体之后，即使已成为定常状态，热处理炉内的未分解氨的体积分率也达到例如2000ppm左右。另一方面，通常进行渗碳氮化处理的温度、即850℃左右的温度下，未分解氨的体积分率的平衡值为100ppm左右。此外，调查了热处理炉内的未分解氨的体积分率的分布后可知，即使热处理炉内的气氛成为定常状态，未分解氨的体积分率也为不均匀的状态，这便是上述问题的原因。 
也就是说，即使热处理炉内的气氛成为定常状态，被导入热处理炉内的氨的分解反应仍处于非平衡状态，虽说热处理炉内的同一地点的未分解氨的体积分率为大致固定，但在导入的氨所到达的时间不同的两处地点，上述未分解氨的体积分率是不同的。因此，为了基于热处理炉内的未分解氨的体积分率来调整气氛，且高精度地进行被处理物内部的氮浓度的控制，需要基于具有同与被处理物接触的气氛的未分解氨的体积分率同等的未分解氨的体积分率的区域处的未分解氨的体积分率来调整气氛。 
对此，在上述结构中，由于气氛采集构件的开口与保持被处理物的保持部的距离是可改变的，因此能利用气氛采集构件采集被处理物在热处理 炉内所占区域附近的气氛，在气氛分析部计算出上述气氛中未分解氨的体积分率，并基于上述体积分率来控制热处理炉的反应室内的气氛。其结果是，根据上述结构，通过高精度地控制热处理炉内的气氛，藉此可提供一种能高精度地控制被处理物内部的氮浓度的热处理炉。 
在此，在如间歇式的热处理炉这样的热处理炉内的被处理物的位置不会发生变化而实施热处理的情况下，被处理物在热处理炉内所占区域是指配置有被处理物的区域、尤其是上述区域的表面；在如连续炉型的热处理炉这样的热处理炉内的被处理物的位置一边变化一边实施热处理的情况下，被处理物在热处理炉内所占区域是指与被处理物移动的轨迹相当的区域。此外，本应计算出的上述未分解氨的体积分率只要是具有与气氛中未分解氨的体积分率一一对应关系的数值即可。而且，未分解氨的体积分率是指在已供给到热处理炉内的氨中，未被分解而以气态氨的状态残留的氨在热处理炉内的气氛中的体积分率。 
发明效果 
由上述说明可知，根据本发明的热处理炉，可提供一种能高精度地控制热处理炉内的气氛的热处理炉。 
附图说明
图1是表示包括在实施方式1的热处理炉中渗碳氮化处理过的机械零部件的深沟球轴承的结构的概略剖视图。 
图2是表示包括在实施方式1的热处理炉中渗碳氮化处理过的机械零部件的推力滚针轴承的结构的概略剖视图。 
图3是表示包括在实施方式1的热处理炉中渗碳氮化处理过的机械零部件的等速接头的结构的局部概略剖视图。 
图4是沿图3的线段IV-IV的概略剖视图。 
图5是表示图3的等速接头形成一定角度的状态的局部概略剖视图。 
图6是表示实施方式1的机械零部件和包括该机械零部件的机械要素的制造方法的图。 
图7是表示实施方式1的热处理炉的结构的概略图。 
图8是沿图7的线段VIII-VIII的局部概略剖视图。 
图9是放大表示图7和图8的气氛采集管道的周边的局部概略剖视图。 
图10是用于说明调整气氛采集管道的开口的位置的具体步骤的流程图。 
图11是用于说明实施方式1的机械零部件的制造方法所包括的淬火硬化工序的图。 
图12是用于说明图11的气氛控制工序的详细情况的图。 
图13是表示图11的加热模式控制工序的加热模式(被处理物所受的温度履历)的一例的图。 
图14是放大表示图7和图8的气氛采集管道的周边的局部概略剖视图。 
图15是放大表示图7和图8的气氛采集管道的周边的局部概略剖视图。 
图16是表示实施例A的样品的内部(表层附近)的氮浓度的分布的图。 
图17是表示参考例E的样品的内部(表层附近)的氮浓度的分布的图。 
图18是表示气氛采集管道的开口和被处理物通过区域间的距离d与氮侵入量的关系的图。 
图19是表示测定到的未分解氨的体积分率的倒数与经过时间的关系的图。 
图20是表示沿图7的线段XX-XX的截面上的CFD解析的结果的图。 
图21是表示沿图7的线段XXI-XXI的截面上的CFD解析的结果的图。 
图22是表示沿图7的线段XXII-XXII的截面上的CFD解析的结果的图。 
图23是表示由实施例2的CFD解析所得到的上述实施例1和实施例2的热处理炉内的气氛的流速分布的图。 
(符号说明) 
1深沟球轴承 
2推力滚针轴承 
3等速接头 
5热处理炉 
11外圈 
11A外圈滚走面 
12内圈 
12A内圈滚走面 
13珠 
13A珠滚走面 
14、24保持器 
21轨道圈 
21A轨道圈滚走面 
23滚针 
23A滚子滚走面 
31内座圈 
31A内座圈球槽 
32外座圈 
32A外座圈球槽 
33球 
34隔圈 
35、36轴 
51主体部 
51A预热区 
51B第一加热区 
51C第二加热区 
51C1上壁 
51C2底壁 
51D第三加热区 
52隔板 
53炉底带 
54投入口 
55排出口 
56气氛采集管道 
56A开口 
57气氛分析部 
58气氛控制部 
59风扇 
61气氛气体供给部 
91被处理物 
92被处理物通过区域 
93被处理物附近区域 
511保护管 
511A内壁 
511B外壁 
511C流入口 
511D排出口 
511E冷却介质流路 
511F内径放大部 
519密封保持构件 
561管道部 
561A大径部 
562圆筒构件 
563环构件 
563A槽部 
621圆筒密封件 
622圆盘密封件 
623U型密封圈(U packing) 
623A支承环 
623C槽部 
624圆环密封件 
631支承构件 
632螺母 
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下附图中，对相同或相似的部分标注相同的符号，不重复其说明。 
(实施方式1) 
首先，参照图1对本发明实施方式1的作为滚动轴承的深沟球轴承进行说明。 
参照图1，深沟球轴承1包括：环状的外圈11；配置于外圈11内侧的环状的内圈12；以及配置于外圈11与内圈12之间，并被圆环状保持器14保持的作为滚动体的多个珠13。外圈11的内周面形成有外圈滚走面11A，内圈12的外周面形成有内圈滚走面12A。此外，外圈11和内圈12配置成内圈滚走面12A与外圈滚走面11A彼此相对。而且，多个珠13在珠滚走面(表面)13A与内圈滚走面12A和外圈滚走面11A接触，且被保持器14沿周向以规定的间距配置，藉此可被自由滚动地保持在圆环状的轨道上。根据上述结构，深沟球轴承1的外圈11和内圈12能彼此相对地旋转。 
在此，在作为机械零部件的外圈11、内圈12、珠13和保持器14之中，特别地，对外圈11、内圈12和珠13要求具有滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，在这些中的至少一个是本发明的热处理炉中被渗碳氮化处理过的机械零部件，藉此能高精度地控制该零部件内部的氮浓度来强化表面层，从而使深沟球轴承1耐用。 
接着，参照图2对实施方式1的变形例的作为滚动轴承的推力滚针轴承进行说明。 
参照图2，推力滚针轴承2包括：作为滚动构件的一对轨道圈21；作 为滚动构件的多个滚针23；以及圆环状的保持器24，上述一对轨道圈21具有圆盘状的形状且被配置成彼此一方的主面相对。多个滚针23在滚子滚走面(外周面)23A上与形成于与一对轨道圈21彼此相对的主面的轨道圈滚走面21A接触，且被保持器24沿周向以规定的间距配置，藉此多个滚针23能自由滚动地保持在圆环状的轨道上。根据上述结构，推力滚针轴承2的一对轨道圈21能彼此相对地旋转。 
在此，作为机械零部件的轨道圈21、滚针23和保持器24之中，特别地，对轨道圈21和滚针23要求具有滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，在这些中的至少一个是本发明的热处理炉中被渗碳氮化处理过机械零部件，藉此能高精度地控制该零部件内部的氮浓度来强化表面层，从而使推力滚针轴承2耐用。 
接着，参照图3～图5对实施方式1的另一变形例的等速接头进行说明。另外，图3对应于沿图4的线段III-III的概略剖视图。 
参照图3～图5，等速接头3包括：与轴35连结的内座圈31；配置成围住内座圈31的外周侧，且与轴36连结的外座圈32；配置于内座圈31与外座圈32之间的扭矩传递用的球33；以及保持球33的隔圈34。球33与形成于内座圈31的外周面的内座圈球槽31A和形成于外座圈32的内周面的外座圈球槽32A接触而配置，且被隔圈34保持为无法脱落。 
如图3所示，分别形成于内座圈31的外周面和外座圈32的内周面的内座圈球槽31A和外座圈球槽32A在经过轴35和轴36的中央的轴线处于一直线上的状态下，形成为以在上述轴的左右两边分别离开上述轴上的接头中心O等距离的点A和点B为曲率中心的曲线(圆弧)状。即，内座圈球槽31A和外座圈球槽32A分别被形成为使与内座圈球槽31A和外座圈球槽32A接触而滚动的球33的中心P的轨迹是在点A(内座圈中心A)和点B(外座圈中心B)具有曲率中心的曲线(圆弧)。藉此，即使是在等速接头形成角度的情况下(等速接头动作以使得经过轴35和轴36的中央的轴线交叉的情况下)，球33也始终位于经过轴35和轴36的中央的轴线的夹角(∠AOB)的二等分线上。 
接着，对等速接头3的动作进行说明。参照图3和图4，在等速接头3中，若向轴35、36中的一方传递绕轴的旋转，则通过被嵌入内座圈球槽31A和外座圈球槽32A的球33将上述旋转向轴35、36中的另一方的轴传递。在此，如图5所示，当轴35、36形成角度θ时，球33被引导到在上述内座圈中心A和外座圈中心B具有曲率中心的内座圈球槽31A和外座圈球槽32A，中心P被保持在∠AOB的二等分线上的位置。在此，由于内座圈球槽31A和外座圈球槽32A形成为使接头中心O距内座圈中心A的距离与距外座圈中心B的距离相等，因此球33的中心P距内座圈中心A的距离与距外座圈中心B的距离分别相等，三角形OAP与三角形OBP全等。其结果是，球33的中心P距轴35、36的距离L也分别相等，当轴35、36之一绕轴旋转时，另一个轴也以等速旋转。如上所述，即使在轴35、36形成角度时，等速接头3也能确保等速。另外，当轴35、36旋转时，隔圈34在与内座圈球槽31A和外座圈球槽32A一起防止球33跳出内座圈球槽31A和外座圈球槽32A的同时，实现了确定等速接头3的接头中心O的功能。 
在此，在作为机械零部件的内座圈31、外座圈32、球33和隔圈34之中，特别地，对内座圈31、外座圈32和球33要求具有疲劳强度和耐磨损性。因此，在这些中的至少一个是本发明的热处理炉中被渗碳氮化处理过机械零部件，藉此能高精度地控制该零部件内部的氮浓度来强化表面层，从而使等速接头3耐用。 
接着，对本实施方式的上述机械零部件和包括上述机械零部件的滚动轴承、等速接头等机械要素的制造方法进行说明。参照图6，首先实施钢构件准备工序，该钢构件准备工序准备由钢组成的，且被成形为机械零部件的大致形状的钢构件。具体而言，例如，准备以型钢为原材料，对该型钢实施切割、锻造、车削等加工而被成形为作为机械零部件的外圈11、轨道圈21、内座圈31等机械零部件的大致形状的钢构件。 
接着，对钢构件准备工序中准备好的上述钢构件实施渗碳氮化处理后，从A1点以上的温度冷却到Ms点以下的温度，藉此来实施将钢构件淬火硬化的淬火硬化工序。对该淬火硬化工序的具体情况在后叙述。 
在此，A1是相当于加热钢时使钢的结构从铁素体开始变态为奥氏体的温度的点。此外，Ms点是相当于奥氏体化后的钢冷却时开始马氏体化的温度的点。 
接着，对已实施淬火硬化工序的钢构件加热到A1点以下的温度来实施使淬火硬化后的钢构件的韧性等提升的回火工序。具体而言，淬火硬化后的钢构件被加热到A1点以下的温度、即150℃以上350℃以下的温度、例如180℃，并被保持30分钟以上240分钟以下的时间、例如120分钟，此后在室温的空气中冷却(空气冷却)。 
而且，对已实施回火工序的钢构件实施精加工等精加工工序。具体而言，例如对已实施回火工序的钢构件的内圈滚走面12A、轨道圈滚走面21A、外座圈球槽32A等实施研磨加工。藉此，实施方式1的机械零部件完成，实施方式1的机械零部件的制造方法结束。而且，实施组合已完成的机械零部件来组装机械要素的组装工序。具体而言，组合经上述工序制造的本发明的机械零部件，例如外圈11、内圈12、珠13和保持器14来组装深沟球轴承1。藉此来制造包括实施方式1的机械零部件的机械要素。 
接着，参照图7～图13，对本实施方式的热处理炉和采用该热处理炉来实施的机械零部件的制造方法中所包括的淬火硬化工序的详细情况进行说明。在图13中，横向表示时间，越往右表示时间经过越长。此外，图13中，纵向表示温度，越往上表示温度越高。 
首先，对本实施方式的热处理炉进行说明。参照图7，本实施方式的热处理炉5是用于实施钢的渗碳氮化处理的连续炉型的热处理炉。热处理炉5包括：被壁面围起的主体部51；气氛采集管道56；气氛分析部57；以及气氛控制部58。 
在主体部51的长度方向(X轴方向)的一端形成有用于投入被处理物91的开口、即投入口54，在主体部51的长度方向的另一端形成有用于排出被处理物91的开口、即排出口55。此外，沿主体部51的底壁配置有炉底带53，该炉底带53作为保持从投入口54投入的被处理物91、且，将被处理物91从投入口54搬运到排出口55的保持部。而且，在主体部51配置有 三个隔壁52、52、52，这些隔板52、52、52从主体部的宽度方向(Z轴方向)的一端延长到另一端且从主体部51的上壁朝向炉底带53突出，并在与炉底带53之间具有间隔。三个隔板52、52、52沿主体部51的长度方向并排配置。藉此，主体部51在长度方向上从投入口54侧依次被分割为预热区51A、第一加热区51B、第二加热区51C和第三加热区51D这四个区。 
而且，参照图7和图8，在作为反应室的第二加热区51C设置有：气氛采集管道56，该气氛采集管道56在第二加热区51C内有开口56A，并作为采集第二加热区51C内部的气氛的气氛采集构件；气氛分析部57，该气氛分析部57与气氛采集管道56连接，并计算出气氛中的未分解氨的体积分率；以及气氛控制部58，该气氛控制部58与气氛分析部57连接，并基于计算出的未分解氨的体积分率来控制第二加热区51C内部的气氛。此外，在第二加热区51C的内部的上壁51C1上设置有：气氛气体供给部61，该气氛气体供给部61向第二加热区51C的内部供给R气体、富化气、氨气等气氛气体；以及风扇59，该风扇59作为搅拌第二加热区51C内部的气氛气体的搅拌装置。 
此外，参照图8，调整气氛采集管道56的开口56A的位置以使其位于被处理物附近区域93，上述被处理物附近区域93是指与被处理物通过区域92具有同等的未分解氨的体积分率的区域、例如是未分解氨的体积分率与被处理物通过区域92的未分解氨的体积分率之差在25％以内的区域，而此外所述被处理物通过区域92是保持于炉底带53的被处理物91所占区域、即相对于被处理物91被炉底带53搬运而移动的轨迹的区域(被处理物移动所占的整个区域)。在此，例如当碳的活度为0.95时，为使氮侵入被处理物的氮侵入速度最大，未分解氨的体积分率需要在0.2％以上，但若为0.15％，则上述氮侵入速度能确保最大值的90％。也就是说，若基于与热处理炉内被处理物所占区域的未分解氨的体积分率之差在25％以下的区域的未分解氨的体积分率来调整气氛，则能高精度地控制被处理物内部的氮浓度。 
接着，对作为本实施方式的气氛采集构件的气氛采集管道进行说明。参照图8和图9，气氛采集管道56配置成贯通第二加热区51C的上壁51C1。 上述气氛采集管道56包括：管道部561，该管道部561具有中空圆筒状的形状且在第二加热区51C内具有开口56A，并且第二加热区51C内的气氛能通过上述管道部561的内部；圆筒构件562，该圆筒构件562作为配置成围住管道部561的外周面的筒状部；以及环构件563，该环构件563作为配置成围住圆筒构件562的外周面的筒状部。在环构件563的外周面的中央部形成有外径比外周面的端部的外径小的槽部563A。 
此外，在槽部563A嵌入有作为具有圆筒管状的密封构件的圆筒密封件621。此外，使作为具有圆环状的形状的密封构件的圆盘密封件622配置成从环构件563处观察，上述圆盘密封件622与环构件563的和开口56A相反一侧的的端面接触。而且，使具有圆环状的形状且一侧端面分开成双叉的U型密封圈623、623配置成分别与环构件563的和配置有圆盘密封件622侧相反一侧的端面，以及与圆盘密封件622的和环构件563侧相反一侧的端面分别接触。各个U型密封圈623、623配置成分开成双叉的一侧朝向与环构件563相反的一侧。 
而且，使圆盘状的支承构件631、631配置成分别与圆筒构件562两侧的端面接触。此外，在管道部561形成有直径比相邻区域的直径大的大径部561A。此外，其中一个支承构件631被上述大径部561A和圆筒构件562夹住，且另一个支承构件631被圆筒构件562和嵌套于管道部561的螺母632夹住，将螺母632旋紧，藉此圆筒构件562被支承构件631、631支承。 
此外，形成有保护管511来围住作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623的外周面，该保护管511作为从第二加热区51C的上壁51C1朝外侧突出的圆筒中空状的外侧壁部。作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623与保护管511至少局部紧贴。此外，作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623能分别相对于保护管511沿管道部561的轴向滑动。其结果是，气氛采集管道56与保护管511之间被密封，气氛采集管道56能相对于保护管511作相对移动，且开口56A与炉底带53(参照图8)的距离能改变。即，气氛采集管道56能与作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和 U型密封圈623一体地相对于保护管511移动。此外，作为多个密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623在气氛采集管道56的轴向并排配置，藉此将气氛采集管道56与保护管511之间完全密封。 
在此，由于被暴露在高温的渗碳氮化气氛下，因此保护管511和管道部561需要有高耐热性等。因此，作为保护管511的原材料，可采用不锈钢、不锈合金、因科镍合金、碳钢等，作为管道部561的原材料，可采用不锈钢、不锈合金、因科镍合金等。此外，作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623可能会因与保护管511接触而被加热到高温。而且，圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623需要一边与气氛采集管道56和保护管511接触，一边能相对于保护管511滑动。因此，作为圆筒密封件621的原材料，可采用乙烯树脂、苯酚树脂等，作为圆盘密封件622的原材料，可采用乙烯树脂、聚酰胺树脂等，作为U型密封圈623的原材料，可采用丁腈橡胶、氟橡胶等。 
接着，对用于调整气氛采集管道56的开口56A在第二加热区51C内的位置的具体步骤的一例进行说明。 
参照图7、图8和图10，首先，在工序(S100)中，利用CFD(ComputationalFluid Dynamics：数值流体力学)解析，对热处理炉5的主体部51的内部、尤其对第二加热区51C内的未分解氨的体积分率进行解析。接着，在工序(S200)中，基于工序(S100)的解析结果，计算出被处理物91所占区域、例如被处理物通过区域92中的未分解氨的体积分率。而且，在工序(S300)中，确定与在工序(S200)中计算出的未分解氨的体积分率之差在25％以内的被处理物附近区域93。此外，在工序(S400)中，确定开口56A的位置，以使其位于在工序(S300)所确定的被处理物附近区域93内。此外，参照图9，使气氛采集管道56沿管道部561的轴向相对于保护管511移动，藉此调整开口56A的位置，以使开口56A的位置位于被处理物附近区域93内。 
接着，对采用热处理炉5的淬火硬化处理的具体步骤进行说明。参照图7，在淬火硬化工序中，首先从投入口54投入作为被处理物91的钢构件，并被载置在炉底带53上。被投入的被处理物91一边被炉底带53搬运而依 次通过预热区51A、第一加热区51B、第二加热区51C和第三加热区51D，一边进行渗碳氮化处理。在预热区51A中，被处理物91被加热升温。在第一加热区51B中，被处理物91一边被进一步加热，一边使温度均匀，以使得被处理物的温度偏差变小。在第二加热区51C中，被处理物91被渗碳氮化。此外，在第三加热区51D进行了被处理物91的温度调整等之后，被处理物91被从排出口55排出到外部，并被投入冷却油等冷却剂中冷却而被淬火硬化。 
接着，对采用上述热处理炉的实施方式1的机械零部件的制造方法所包括的淬火硬化工序进行说明。参照图11，在淬火硬化工序中，在首先实施渗碳氮化工序使作为被处理物的钢构件的表层部渗碳氮化后，在冷却工序中，通过上述钢构件被从A1点以上的温度冷却到Ms点以下的温度而被淬火硬化。渗碳氮化工序是通过作为本发明的一实施方式的实施方式1中的渗碳氮化方法来实施的。即，渗碳氮化工序包括：控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序；以及在热处理炉内控制钢构件所受的加热履历的加热模式控制工序。上述气氛控制工序和加热模式控制工序能独立且并行地实施。 
在气氛控制工序中，参照图12，首先实施采集热处理炉5的第二加热区51C的气氛的气氛采集工序。具体而言，参照图8，利用具有位于第二加热区51C内的开口56A的气氛采集管道56来采集第二加热区51C内的气氛。接着，参照图12，实施计算出采集到的气氛中未分解氨的体积分率的未分解氨体积分率计算工序。具体而言，参照图7和图8，例如通过气氛分析部57所包括的气相色谱法分析被采集的气氛来计算出气氛中未分解氨的体积分率。此外，参照图7、图8和图12，实施基于计算出的未分解氨的体积分率，通过气氛控制部58调整第二加热区51C内的气氛的气氛调整工序。具体而言，当在未分解氨的体积分率计算工序中计算出的气氛中的未分解氨的体积分率未达到目标的未分解氨的体积分率时，在实施了用于使第二加热区51C内的未分解氨的体积分率增减的氨供给量调节工序之后，再次实施气氛采集工序。 
氨供给量调节工序例如能通过如下方法实施：将单位时间内从经由配 管与热处理炉5连结的氨气储气瓶经过气氛气体供给部61流入第二加热区51C的氨的量(氨气的流量)用包括安装于上述配管的质量流控制器等的流量控制装置来调节。即，通过在测定到的未分解氨的体积分率比目标的未分解氨的体积分率高时使上述流量降低，在测定到的未分解氨的体积分率比目标的未分解氨的体积分率低时使上述流量增加，藉此能实施氨供给量调节工序。在上述氨供给量调节工序中，测定到的未分解氨的体积分率与目标的未分解氨的体积分率之间存在有规定的差时，对于增减多少流量，可基于事先通过实验确定好的氨气流量的增减与未分解氨的体积分率的增减的关系来确定。 
另一方面，参照图12，当未分解氨的体积分率达到目标的未分解氨的体积分率时，不实施氨供给量调节工序，而是再次实施气氛采集工序。 
此外，参照图8和图12，在气氛采集工序中，在基于包括氨的分解反应速度在内的解析条件来实施第二加热区51C内的气氛的CFD解析后，未分解氨的体积分率与被处理物通过区域92的未分解氨的体积分率之差在25％以内的区域、即被处理物附近区域93的气氛通过在该区域具有开口56A的气氛采集管道56来采集。 
另一方面，参照图11，在加热模式控制工序中，控制作为被处理物91的钢构件所受的加热履历。具体而言，如图13所示，钢构件在被上述气氛控制工序控制的气氛中，被加热到A1点以上的温度、即800℃以上1000℃以下的温度、例如850℃，并被保持60分钟以上300分钟以下的时间、例如150分钟。随着上述时间的经过，加热模式控制工序结束，同时气氛控制工序也结束(渗碳氮化工序)。参照图7，上述加热模式控制工序能通过如下方法实施：控制下述各区的温度，以使得被处理物91依次通过预热区51A、第一加热区51B、第二加热区51C和第三加热区51D，藉此来使图13的加热模式施加到被处理物91。 
此后，参照图7、图11和图13，实施通过将从排出口55排出的被处理物91浸渍(油冷却)在储存于未图示的淬火油槽的油中，藉此被从A1点以上的温度冷却到Ms点以下的温度的冷却工序。通过以上工艺，钢构件的表层部被渗碳氮化且被淬火硬化。藉此，本实施方式的淬火硬化工序完成。
如上所述，在采用上述热处理炉5的本实施方式的渗碳氮化方法(渗碳氮化工序)中，在热处理炉5的第二加热区51C内采集被处理物附近区域93的气氛，并在计算出上述气氛的未分解氨的体积分率之后，基于上述体积分率来调整第二加热区51C的气氛。其结果是，根据采用本实施方式的热处理炉的上述渗碳氮化方法，能方便地实施被处理物91内部的氮浓度的控制。此外，根据本实施方式的机械零部件的制造方法，由于在渗碳氮化工序中采用了使用本实施方式的热处理炉的上述渗碳氮化方法，因此能制造出高精度地控制内部的氮浓度的机械零部件。 
(实施方式2) 
以下，对本发明的一实施方式的实施方式2进行说明。实施方式2的热处理炉、渗碳氮化方法、机械零部件的制造方法和机械零部件基本上具有与基于图1～图13所说明的实施方式1相同的结构，达到相同的效果。但是，实施方式2的热处理炉在保护管511的结构上与实施方式1不同。 
即，参照图14，实施方式2的保护管511包括：与作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623接触的圆筒状的内壁511A；以及围住内壁511A的外周面的圆筒状的外壁511B。在内壁511A与外壁511B之间设有缝隙，上述缝隙成为用于使作为冷却介质的冷却水通过的冷却介质流路511E。而且，在外壁511B形成有作为用于使冷却水进入的开口的流入口511C和用于使冷却水排出的排出口511D。也就是说，在实施方式2的作为热处理炉5的外侧壁部的保护管511的内壁511A形成有作为冷却介质流通部的冷却介质流路511E，该冷却介质流通部作为围住内壁511A的冷却部。 
此外，当热处理炉5运转时，从包括未图示的泵等的冷却水循环装置供给的冷却水从流出口511C沿箭头α的方向流入冷却介质流路511E，并从排出口511D沿箭头β的方向排出。藉此，能冷却保护管511以及作为密封构件的圆筒密封件621、圆盘密封件622和U型密封圈623，并能抑制密封构件因热而导致的劣化或损伤。其结果是，能更可靠地实施气氛采集管道 56与保护管511之间的密封。 
另外，作为设置于作为外侧壁部的保护管511的内壁511A的冷却部，采用了如上所述使冷却水等冷却介质流通的冷却部，但也可以采用吹过高压气体的机构等。 
(实施方式3) 
以下，对本发明的一实施方式的实施方式3进行说明。实施方式3的热处理炉、渗碳氮化方法、机械零部件的制造方法和机械零部件基本上具有与基于图1～图13所说明的实施方式1相同的结构，达到相同的效果。但是，实施方式3的热处理炉在气氛采集管道周边的结构上与实施方式1不同。 
即，参照图15，在实施方式3中，作为贯通保护管511且到达第二加热区51C内部的气氛采集构件的气氛采用管道56具有中空圆筒状的形状。此外，保护管511包括内径比相邻区域的内径大的区域、即内径扩大部511F。此外，在保护管511的内径扩大部511F的内周面与气氛采集管道56的外周面之间配置有U型密封圈623。此外，端部分开成双叉形成的U型密封圈623的槽部623C嵌入有支承U型密封圈623的支承环623A。此外，使圆盘密封件622配置成与U型密封圈623的和槽部623C相反一侧的端面接触。 
而且，使作为外侧壁部的圆环状的密封保持构件519配置成与保护管511的和第二加热区51C相反一侧的端面接触，并且与圆盘密封件622的和U型密封圈623侧相反一侧的端面接触且围住气氛采集管道56的外周面。在密封保持构件519的内周面与气氛采集管道56的外周面之间配置有作为具有圆环状的形状的密封构件的圆环密封件624。 
作为密封构件的圆盘密封件622和U型密封圈623分别与保护管511、以及作为密封构件的圆环密封件624与密封保持构件519至少局部紧贴。此外，气氛采集管道56相对于作为密封构件的各个圆盘密封件622、U型密封圈623和圆环密封件624一边紧贴一边可沿轴向滑动。其结果是，气氛采集管道56与保护管511及密封保持构件519之间被密封，气氛采集管 道56能相对于保护管511及密封保持构件519作相对移动，且开口56A与炉底带53(参照图8)的距离能改变。 
即，气氛采集管道56能通过相对于作为密封构件的圆盘密封件622、U型密封圈623和圆环密封件624以及相对于作为外侧壁部的保护管511和密封保持构件519滑动来移动。 
在此，作为密封构件的圆环密封件624因与高温的气氛采集管道56接触而可能被加热成高温。而且，气氛采集管道56需要一边与圆环密封件624接触，一边能相对于圆环密封件624滑动。因此，作为圆环密封件624的原材料，可采用丁腈橡胶、氟橡胶等。 
另外，在上述实施方式中，作为通过本发明的热处理炉进行热处理(渗碳氮化)的机械零部件的一例，对构成深沟球轴承、推力滚针轴承、等速接头的部件进行了说明，但本发明的热处理炉也能适用于对表层部要求有疲劳强度、耐磨损性的机械零部件、例如构成轮毂、齿轮、轴等机械零部件的热处理。此外，在上述实施方式中，作为外侧壁部，对形成有从第二加热区51C的上壁51C1朝外侧突出的保护管511的情况进行了说明，但在上壁51C1具有足够厚度时外侧壁部也可以是形成于上壁51C1的贯通孔的侧壁。 
(实施例1) 
以下，对本发明的实施例1进行说明。进行了研究热处理炉内的气氛采集管道的开口的位置与侵入被处理物的氮量的控制精度的关系的实验。实验的步骤如下所述。 
实施例1的实验采用上述实施方式1中的基于图7和图8所说明的热处理炉进行实施。上述热处理炉是全长5000mm的连续炉型的热处理炉。此外，被处理物(样品)是JIS SUJ2(含碳量1质量％)制的外径φ38mm、内径φ30mm，宽度10mm的环。此外，参照图7和图8，从投入口54投入被处理物91(样品)，用炉底带53在主体部51内搬运来热处理被处理物91。加热模式采用与图13相同的模式，保持温度为850℃。此外，将第二加热区51C的碳的活性的目标值设定成0.95，将γ值(碳的活性除以未分解氨的体积分 率后的值)的目标值设定成4.5，对被处理物91实施渗碳氮化处理。 
此时，使气氛采集管道56的开口56A与被处理物通过区域92的距离d在较为理想的范围(开口56A位于被处理物附近区域93内的范围)即50mm～150mm(实施方式A～C)，以及较为理想的范围外即200mm～650mm(参考例A～E)的范围内进行变化来实施热处理。此外，测定了热处理中的第二加热区51C的碳的活性和γ值。此外，在与表面垂直的截面处切割完成了热处理的样品，并通过EPMA(Electron Probe Micro Analysis：电子探针显微分析仪)来研究从表面起在深度方向上的氮浓度的分布。表1表示热处理的主要条件。 
表1 
  第二加热区的加热温度   850℃
  被处理物的移动速度   40mm/min
  R气体流入第一加热区的流入量   10m3/h(体积流入)
  R气体流入第二加热区的流入量   9m3/h(体积流入)
  风扇的转速   10rpm
  气氛从投入口的流出   自然流出
  气氛从排出口的流出   2m3/h(强制流出、体积流出)
  第二加热区的碳的活性(目标值)   0.95
  第二加热区的γ值(目标值)   4.5
接着，对实验结果进行说明。在表2中表示上述实施例A～C和参考例A～E的碳的活性及γ值的测定结果。此外，在图16和图17中，横轴表示距表面的深度，纵轴表示氮浓度。而且，在图16和图17中，图中的细线表示氮浓度的测定值，粗线表示由γ值等计算出的氮浓度的预测值。也就是说，在图16和图17中，表示了细线与粗线越一致，就越能高精度地控制氮侵入样品的侵入量。 
表2 
   距离d(mm)   碳的活性   γ值
 实施例A  50   0.95   4.75
 实施例B  100   0.96   4.57
 实施例C  150   0.95   4.75
 参考例A  200   0.95   4.32
 参考例B  300   0.96   4.68
 参考例C  400   0.94   4.48
 参考例D  500   0.97   4.41
 参考例E  650   0.94   4.48
参照表2，确认了在实施例A～C和参考例A～E中任一情况下，碳的活性和γ值均能得到与目标值(参照表1)大致相同的值。此外，参照图16，开口56A位于被处理物附近区域93内的实施例A的样品的表层附近的由γ值等计算出的氮浓度的预测值与通过EPMA测定的氮浓度的实测值非常一致。也就是说，在实施例A中，能高精度地控制样品内部的氮浓度。相反，参照图17，开口56A位于被处理物附近区域93外的参考例E的样品的表层附近的由γ值等计算出的氮浓度的预测值与通过EPMA测定的氮浓度的实测值有很大差异。也就是说，在参考例E中，样品内部的氮浓度的控制精度差。 
而且，关于对实施例A～C和参考例A～E所测定的氮浓度的分布，从样品的表面朝向内部对氮浓度积分，计算出从样品表面的单位面积侵入样品内的氮量(氮侵入量)。在图18中，横轴表示上述距离d，而纵轴表示氮侵入量。此外，在图18中，用虚线表示由γ值等计算出的氮侵入量的预测值。也就是说，在图18中，表示了氮侵入量越接近上述预测值，就越能高精度地控制氮侵入样品的侵入量。 
参照图18，当距离d在开口56A位于被处理物附近区域93内的范围内、即150mm以下时，计算出的氮侵入量与预测值几乎一致。相反，当距离d在200mm以上时，随着距离d的变大，计算出的氮侵入量与预测值之差变大。可以认为其原因在于：作为反应室的第二加热区51C内部的未分 解氨的体积分率不均匀，当距离d超过150mm时，基于未分解氨的体积分率比被处理物(样品)附近的未分解氨的体积分率更高的位置处的未分解氨的体积分率的测定结果来控制γ值等。根据以上的结果可知，通过将气氛采集管道的开口与被处理物通过区域的距离d设为150mm以下，藉此能高精度地控制被处理物内部的氨浓度。另外，参照图18，为了稳定且高精度地控制被处理物内部的氮浓度，较为理想的是将气氛采集管道的开口与被处理物通过区域的距离d设为100mm以下。 
(实施例2) 
以下，对本发明的实施例2进行说明。在渗碳氮化处理中，可以认为导入热处理炉内的氨气一边进行分解反应一边在炉内流动而到达被处理物的表面，有利于氮向被处理物的侵入。因此，用于确认上述实施例1的实验结果的合理性，采用CFD解析进行研究热处理炉5内的未分解氨的体积分率的分布的实验。实验的步骤如下所述。 
在作为渗碳氮化处理的反应室的第二加热区51C内，可以认为即使内部的气氛成为定常状态，氨的分解反应也还没有达到平衡状态。因此，为了解析第二加热区51C内的未分解氨的体积分率的分布，需要考虑到被导入的氨的分解反应的反应速度。因此，首先进行了计算出在实施渗碳氮化处理的温度和气氛中氨的分解反应的反应速度常数的实验。 
具体而言，首先向间歇型热处理炉(容积120L)供给R气体、富化气和氨气，并且将炉内加热到850℃。此后，在确认炉内的未分解氨的体积分率为定常状态之后，停止上述气体的供给，并用红外分析计测定未分解氨的体积分率的经时变化。而且，用于确认再现性，再次进行相同的测定。在表3中表示未分解氨的体积分率的经时变化的测定结果。 
表3 
Figure GPA00001038269700251
参照表3，如上所述能确认两次实施的未分解氨的体积分率的经时变化具有再现性。在此，当氨的分解反应依据两次速度式时，在某一时刻的氨的分解速度依据以下式(1)。此外，此时，在未分解氨的体积分率的倒数与经过时间之间满足式(2)所示的直线关系。
-(dCA/dt)＝kCA 2       (1) 
(1/CA)-(1/C0 A)＝kt    (2) 
在此，C0 A是测定开始时的氨的体积分率，CA是任意时间的氨的体积分率，t是测定开始后的经过时间，k是反应速度常数。 
在图19中，横轴是测定开始后的经过时间，纵轴是未分解氨的体积分率的倒数。此外，图中的白圈是表3的第一次的测定结果，黑圈是表3的第二次的测定结果。 
参照图19可知，未分解氨的体积分率在0.04％以上的范围(图19的纵轴在2500以下的范围)内，测定的未分解氨的体积分率的倒数与经过时间满足直线关系。此外，从上述直线的斜率计算出反应速度常数为21(s-1)。因此，氨的分解速度快，例如0.2％的未分解氨的体积分率在8秒后，降低到0.15％。因此，确认了若在热处理炉内考虑到氨的分解反应未到达平衡状态，则热处理炉内的未分解氨的体积分率容易变得不均匀。 
接着，基于包括由上述氨的分解反应的速度常数所规定的氨的分解反应速度在内的解析条件，进行如图7所示的热处理炉5的主体部51内的气氛的CFD解析。热处理的条件与实施例1的情况相同。CFD解析能通过各种软件来实施，但在此采用STORM/CFD2000(Adaptive Research公司制)来实施解析。此外，由于存在于热处理炉内的未分解氨的体积分率足够小，因此即使氨分解，对R气体的物性的影响也小。因此，在本实施例中，氨的分解作为被动标量(passive scalar)(作为相对于已定流场发生移流扩散，其浓度不对流场施加影响)来进行解析。 
在表4中，表示本实施例采用的CFD解析的各种参数。此外，在表5中，表示本实施例采用的解析条件所包括的物性值。另外，气氛的密度和粘性系数是假定在组成为CO(一氧化碳)：20％、N2(氮气)：50％、H2(氢气)：30％的R气体被加热到850℃的情况下来确定的。此外，在解析中，被导入炉内的氨的初始浓度确定成与上述实施例1的测定结果相符。按上述条件进行CFD解析，在炉内的流速分布、压力分布和未分解氨的体积分率成为定常状态时结束计算。 
表4 
  空间离散化方法   有限体积法
  时间离散化方法   全隐式数值法
  解析模型   等温、非压缩、湍流
  湍流模型   k·ε模型
  施密特数   0.9
  待解方程   连续式、动量守恒式、NH3量的守恒式、  k及ε的守恒式
  壁面边界条件   无滑移
表5 
 气氛的密度(kg/m3)   0.22
 气氛的粘性系数(μPa·s)   43.8
 氨的反应速度常数(1/s)   21
在图20～图22中，白色区域的未分解氨的体积分率最高，越黑则表示上述体积分率越低。参照图20～图22，确认在第二加热区51C的内部，未分解氨的体积分率大幅偏差。此外，参照图7、图8和图20，设置有气氛气体供给部61和气氛采集管道56的第二加热区51C的上壁51C1附近的未分解氨的体积分率较高，接近被处理物通过区域92的第二加热区51C的底壁51C2附近的未分解氨的体积分率较低。这是由于：从设置有气氛气体供给部61和气氛采集管道56的第二加热区51C的上壁51C1附近导入的氨气到达接近被处理物通过区域92的第二加热区51C的底壁51C2附近为止，氨的分解反应始终以高速进行。 
此外，可以想到在实施例1的实验结果中，随着气氛采集管道56的开 口56A到被处理物通过区域92的距离d增大，实际侵入被处理物91的氮侵入量与预测值之差越大的原因在于：从开口56A到被处理物通过区域92的距离d越大，在未分解氨的体积分率比被处理物通过区域92的未分解氨的体积分率更高的区域处采集气氛，并据此来控制气氛。因此，实施例1的实验结果是合理的结果，在渗碳氮化处理中，为了高精度地进行被处理物内部的氮浓度的控制，较为理想的是，在基于包括氨的分解反应速度在内的解析条件来实施CFD解析时，采集未分解氨的体积分率与在热处理炉内被处理物所占区域的未分解氨的体积分率之差在25％以内的区域的气氛，更具体而言，采集距被处理物所占区域的距离在150mm以下的区域的气氛，并基于上述气氛中的未分解氨的体积分率来调整热处理炉内的气氛。 
另外，在上述实施例1和实施例2的实验条件下，热处理炉内的气氛的流速变小。参照图7、图8和图23，在热处理炉5的第二加热区51C中，配置有气氛气体供给部61和风扇59的上壁51C1附近的流速最快，为0.3m/s左右，在其他区域为0.1m/s左右。这是比通常的热处理条件更小的值。此外，热处理炉内的气氛的流速越大，未分解氨的体积分率越均匀。也就是说，上述实施例1和实施例2的实验是在热处理炉内的未分解氨的体积分率容易不均匀的条件下实施的。 
而且，在上述实施例1和实施例2采用的渗碳氮化温度为850℃。当采用高碳钢作为原材料时，渗碳氮化温度一般在850℃附近，更具体而言，一般在830℃以上870℃以下的温度。 
因此，当在830℃以上870℃以下的渗碳氮化温度下渗碳氮化处理由高碳钢组成的被处理物时，设置热处理炉的气氛采集构件来采集距被处理物所占区域的距离在150mm以下的区域的气氛尤为有效。在此，高碳钢是指含有0.8质量％以上碳的钢，即共析钢和过共析钢，例如除了作为轴承钢的JIS SUJ2及与之相当的SAE52100、DIN规格的100Cr6之外，还列举JISSUJ3；作为弹簧钢的JIS SUP3、SUP4；作为工具钢的JIS SK2、SK3等。 
如上所述，在钢的热处理(渗碳氮化处理)中，通过在被处理物附近采集气氛进行分析，并据此来控制热处理炉内的气氛，藉此能高精度地控制 热处理炉内的气氛。此外，根据气氛采集构件的开口与保持被处理物的保持部的距离被设置成可改变的本发明的热处理炉，即使被处理物的形状及量发生改变，也能相应地改变气氛采集构件的开口的位置，从而能高精度地控制热处理炉内的气氛。 
另外，在上述实施方式和实施例中，作为热处理对实施渗碳氮化处理的情况进行了说明，但在本发明的热处理炉中所能实施的热处理不限于此。本发明的热处理炉能有效地应用于例如加碳处理等最好在被处理物附近采集气氛的热处理。 
本次所公开的实施方式和实施例在所有点上为例示，不应当认为是对本发明作出了限制。本发明的范围是由权利要求书来表示的而不是由上述说明来表示的，本发明包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。 
工业上的可利用性 
本发明的热处理炉能尤为有利地适用于要求高精度地控制热处理炉内的气氛的热处理炉。 

Claims (5)

1.一种热处理炉(5)，其用于实施钢的热处理，其特征在于，包括：
反应室(51C)，该反应室(51C)具有保持被处理物(91)的保持部(53)；以及
气氛采集构件(56)，该气氛采集构件(56)在所述反应室(51C)内具有开口(56A)，从所述开口(56A)采集所述反应室(51C)内的气氛，
所述气氛采集构件(56)被设置成所述开口(56A)与所述保持部(53)的距离是可改变的。
2.如权利要求1所述的热处理炉(5)，其特征在于，还包括：
密封构件(621、622、623)，该密封构件(621、622、623)围住所述气氛采集构件(56)的外周面；以及
外侧壁部(511)，该外侧壁部(511)围住所述密封构件(621、622、623)的外周面，且与所述反应室(51C)的外壁连接，
所述气氛采集构件(56)被设置成可相对于所述外侧壁部(511)作相对移动。
3.如权利要求2所述的热处理炉(5)，其特征在于，
所述气氛采集构件(56)包括具有筒状形状的筒状部(562、563)，
所述密封构件(621、622、623)被配置成围住所述筒状部(562、563)的外周面，
所述气氛采集构件(56)被设置成可沿所述筒状部(562、563)的轴向相对于所述外侧壁部(511)作相对移动。
4.如权利要求2所述的热处理炉(5)，其特征在于，还包括冷却部(511E)，该冷却部(511E)冷却所述密封构件(621、622、623)。
5.如权利要求1所述的热处理炉(5)，其特征在于，
所述热处理是渗碳氮化处理，
所述热处理炉(5)还包括：
气氛分析部(57)，该气氛分析部(57)与所述气氛采集构件(56)连接，并计算出被所述气氛采集构件(56)采集到的所述气氛中的未分解氨的体积分率；以及
气氛控制部(58)，该气氛控制部(58)与所述气氛分析部(57)连接，并基于计算出的所述未分解氨的体积分率来控制所述反应室(51C)内的所述气氛。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7249848B2 (ja) * 2019-03-28 2023-03-31 日本碍子株式会社 炭化珪素含有セラミックス製品の製造方法
KR102551053B1 (ko) * 2021-05-12 2023-07-05 주식회사 한국제이텍트써모시스템 열처리 오븐의 히터 유닛
CN114277225A (zh) * 2021-12-31 2022-04-05 杭州科锐特医疗设备有限公司 一种手术器械的高温热处理方法
CN116875935B (zh) * 2023-09-04 2023-11-14 长春金工表面工程技术有限公司 一种用于模具表面硬化的离子渗氮设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3964872A (en) * 1973-07-02 1976-06-22 Hannu Henrik Karinkanta Injecting device of a solvent-free sample for a gas analyzer
US4166610A (en) * 1976-10-28 1979-09-04 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Vacuum carburizing furnace
US5759482A (en) * 1996-08-07 1998-06-02 Air Liquide America Corp. Water cooled flue gas sampling device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2648976A (en) * 1946-04-12 1953-08-18 John F Robb Method and apparatus for gas sampling and recording analyses and temperatures
JPS6240312A (ja) * 1985-08-15 1987-02-21 Kawasaki Steel Corp 炉内における雰囲気制御方法
FR2671611B1 (fr) * 1991-01-15 1998-08-28 Air Liquide Procede et installation de regulation de l'injection d'oxygene dans un four a arc electrique.
JP3326972B2 (ja) * 1994-06-30 2002-09-24 アイシン精機株式会社 ガス浸炭窒化処理の炉気制御方法および装置
US5578147A (en) * 1995-05-12 1996-11-26 The Boc Group, Inc. Controlled process for the heat treating of delubed material
FR2805044B1 (fr) * 2000-02-11 2002-05-17 Franco Belge Combustibles Procede et dispositif de determination de l'evolution d'une reaction chimique dans un four et de reglage de la reaction
US7276204B2 (en) * 2001-06-05 2007-10-02 Dowa Thermotech Co., Ltd. Carburization treatment method and carburization treatment apparatus
JP4374196B2 (ja) * 2002-02-19 2009-12-02 新日本製鐵株式会社 加工性、めっき性および靱性に優れた微細組織を有する高強度鋼板及びその製造方法
JP2003302171A (ja) * 2002-04-09 2003-10-24 Murata Mfg Co Ltd 熱処理炉
JP4264082B2 (ja) 2005-12-08 2009-05-13 Ｎｔｎ株式会社 浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3964872A (en) * 1973-07-02 1976-06-22 Hannu Henrik Karinkanta Injecting device of a solvent-free sample for a gas analyzer
US4166610A (en) * 1976-10-28 1979-09-04 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Vacuum carburizing furnace
US5759482A (en) * 1996-08-07 1998-06-02 Air Liquide America Corp. Water cooled flue gas sampling device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平8-13125A 1996.01.16

Also Published As

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