CN101962745A - 气体渗碳处理装置和气体渗碳方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够以低处理成本、且更短的时间进行工件的渗碳的气体渗碳方法和用于该方法的气体渗碳处理装置。在对金属制的工件实施渗碳处理和扩散处理的气体渗碳处理装置上设置有感应加热装置(12)和作为气体控制部的质量流量控制器(13)。并且，在进行渗碳处理时，将烃气和惰性气体各自的供给量的总量设定为恒定量、将处理室主体(10)内的烃气的浓度维持在恒定浓度，同时向处理室本体(10)内供给上述两种气体，并且感应加热工件W。由此能够以低处理成本、且更短的时间进行工件的渗碳处理。

Description

气体渗碳处理装置和气体渗碳方法

技术领域

本发明涉及气体渗碳处理装置和气体渗碳方法。

背景技术

汽车、产业机械等部件所用的低碳钢制或低碳合金钢制材料，为了使部件的耐磨损性、耐疲劳性等提高而被实施了表面硬化处理。所述表面硬化处理例如通过如下的气体渗碳方法进行，即：将低碳钢制或低碳合金钢制工件放入由耐热性构件所构成的加热室内，在含有由吸热性气体形成的渗碳气体的气氛中对该工件进行加热从而进行工件的渗碳处理和扩散处理，提高工件表面中的含碳量。在上述方法中，由加热室内部的加热所生成的一氧化碳气体与氢气有助于渗碳反应。因此，在该方法中，氢气被认为是不可避免的气体。

然而，在上述方法中，在进行工件的渗碳处理和扩散处理时，需要对加热室内部整体进行加热。因此，在上述方法中，加热至规定温度等温度控制和气氛的稳定化等需要花费时间，并且需要处理成本。此外，上述方法中，从加热室的耐久性观点考虑，难以进行温度超过950℃的高温下的渗碳处理。

因此，本申请人开发了如下方法：将收纳于容器内的工件的表面通过高频感应加热而加热至规定温度后，向该容器内供给烃气和惰性气体从而进行渗碳处理(例如参考专利文献1)。

专利文献1中所记载的方法，在通过高频感应加热而被加热了的工件表面与烃气接触时，所述烃气发生分解，同时产生向工件表面的渗碳。

专利文献1 日本特开2004-360057号公报

发明内容

然而，在专利文献1所记载的方法中，在进行渗碳处理时，由于一直以恒定流量向容器内供给烃气与氮气的混合气体，因此，例如在使用甲烷气体作为烃气的情况下，伴随着由CH₄→C+2H₂所表示的渗碳反应，容器内的氢气量增加(参考图7的虚线部分)。

因此，在专利文献1所记载的方法中，作为渗碳气体使用的甲烷气体(上述甲烷气体含有稀释用氮气)被上述氢气所稀释，从而渗碳反应的速度降低，因此在进行渗碳处理时，有时确保所希望的表面硬度所需要的时间将会增加。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够以低处理成本、且更短时间内进行工件的渗碳处理和扩散处理的气体渗碳处理装置和气体渗碳方法。

本发明的气体渗碳处理装置，是对金属制工件实施渗碳处理和扩散处理的气体渗碳处理装置，其特征在于，所述气体渗碳处理装包括将上述工件安装于内部的处理室主体；对上述工件的至少表面进行感应加热的感应加热装置；向上述处理室主体内供给烃气和惰性气体的气体流路；以及气体控制部，其在进行渗碳处理时，维持供给至上述处理室主体内的两种气体的供给量的总量为恒定量，并且控制供给至上述处理室主体内的烃气的供给量，而使该处理室主体内的烃气的浓度维持在恒定浓度。

如上所述构成的气体渗碳处理装置，能够通过上述气体控制部在进行渗碳处理时进行控制，以使得将供给至处理室主体内的两种气体的供给量总量维持在恒定量，且将处理室主体内的烃气的浓度维持在恒定浓度。此外，根据本发明的气体渗碳处理装置，能够在如此进行了控制的气氛中，通过上述感应加热装置对设置于处理室主体内的工件的至少表面进行感应加热，从而对该工件实施渗碳处理。

由此，根据本发明的气体渗碳处理装置，能够在渗碳处理期间，将处理室主体内的气氛保持为含有恒定浓度的烃气的渗碳气氛。因此，根据本发明的气体渗碳处理装置，即使在伴随着渗碳反应的进行而氢气产生量增加了的情况下，或氢气的产生量与工件表面积大小成比例地增加的情况下，也能够将渗碳反应速度维持在恒定速度。

因此，根据本发明的气体渗碳处理装置，与现有的方法相比，能够谋求确保所期望的表面硬度所需要的处理时间的缩短。此外，根据本发明的气体渗碳处理装置，能够伴随着处理时间的缩短，降低渗碳处理中的烃气和惰性气体的使用量、感应加热所需要的电量等处理成本。进一步，根据本发明的气体渗碳处理装置，在进行渗碳处理时，由于能够将处理室主体内的烃气的浓度维持在恒定浓度，因此不管工件的表面积大小如何，都能够确保几乎相同的渗碳品质。

本发明的气体渗碳方法，是对金属制的工件实施渗碳处理的气体渗碳方法，其特征在于，包括：将上述工件安装于对该工件实施渗碳处理的处理室主体内的安装工序；在惰性气体中对上述工件进行感应加热的加热工序；以及渗碳处理工序，所述渗碳处理工序在上述工件表面温度达到了规定温度时，将供给至上述处理室主体内的烃气和惰性气体的供给量的总量设定为恒定量、将上述处理室主体内的烃气浓度维持在恒定浓度，同时向上述处理室主体内供给两种气体，同时感应加热上述工件，并将该工件在规定温度保持规定时间。

本发明的气体渗碳方法，在渗碳处理工序中，将供给至上述处理室主体内的烃气和惰性气体的供给量的总量为恒定量、将上述处理室主体内的烃气浓度维持在恒定浓度，同时上述处理室主体内供给两种气体。由此，本发明的气体渗碳方法能够在渗碳处理工序期间将处理室主体内的气氛保持为含有恒定浓度的烃气的渗碳气氛。

因此，根据本发明的气体渗碳方法，与上述气体渗碳处理装置的情况同样地，即使在伴随着渗碳反应的进行而氢气产生量增加了的情况下，或氢气的产生量与工件表面积大小成比例地增加的情况下，也能够将渗碳反应速度维持在恒定速度，且不管工件的表面积的大小如何，都能够确保几乎相同的渗碳品质。此外，根据本发明的气体渗碳方法，能够伴随着渗碳处理所需时间的缩短，降低渗碳处理中的烃气和惰性气体的使用量、感应加热所需要的电量，能够以低处理成本进行处理。

本发明的气体渗碳方法，在上述加热工序中，可以在处理室主体内真空排气后，向上述处理室主体内填充惰性气体，对该工件进行感应加热，也可以使上述处理室主体内充满惰性气体，对该工件进行感应加热。

此外，本发明的气体渗碳方法，优选包括在上述渗碳处理工序后停止供给烃气、将所述工件在规定温度保持规定时间的扩散处理工序。

由此，根据本发明的气体渗碳方法，能够增加有效硬化层。

在此情况下，本发明的气体渗碳方法，能够在上述扩散处理工序中，使停止供给烃气后的处理室主体内充满惰性气体，进而使该工件在规定温度下保持规定的时间；或使上述处理室主体内处于规定的减压状态，进而使该工件在规定温度下保持规定时间。

根据本发明的气体渗碳处理装置和气体渗碳方法，能够以低处理成本、且更短时间进行工件的渗碳处理和扩散处理。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的气体渗碳处理装置的要部结构的框图。

图2是表示本发明一个实施方式的气体渗碳方法的处理顺序的流程图。

图3是表示本发明的变形例的气体渗碳方法的处理顺序的流程图。

图4是表示对试验例中实施例1～3、比较例1和2各自试样的渗碳系数K进行了比较后的结果的图。

图5是表示对比较试验例中实施例1～3、比较例1和2采用各方法的处理时间(渗碳时间与扩散时间的合计)进行了比较后的结果的图。

图6是表示对试验例中实施例1～3、比较例1以及比较例2采用各方法进行渗碳处理与扩散处理时的电力成本进行了比较后的结果的图。

图7是表示对本发明一个实施方式的气体渗碳方法与现有气体渗碳方法中在渗碳处理时甲烷气体和氮气的量的变化进行了比较后的结果的图。

符号说明

1  气体渗碳处理装置

10 处理室主体

11 气体流路

12 感应加热装置

13a，13b 质量流量控制器(气体控制部)

W  工件

具体实施方式

(气体渗碳处理装置的结构)

以下参考附图并对本发明一个实施方式的气体渗碳处理装置进行详细的说明。图1为表示本发明一个实施方式的气体渗碳处理装置的要部结构的框图。

气体渗碳处理装置1，如图1所示，具有：在其内部安装工件W的处理室主体10；向处理室主体10内供给甲烷气体和氮气的气体流路11；感应加热装置12，其具有对工件W进行感应加热的加热线圈12a和向该加热线圈12a供给高频电流的感应加热电源12b；质量流量控制器13a，13b，分别作为控制甲烷气体供给量的气体控制部和控制氮气供给量的气体控制部。

进一步，在气体渗碳处理装置1还配置有：收纳有向处理室主体10内供给初始渗碳气氛气体的气氛气罐15；检测处理室主体10内甲烷气体浓度的CH₄气体分析仪16；检测工件W表面温度的IR传感器17；定序器(Sequencer)18，其作为控制感应加热电源12b和质量流量控制器13a、13b的工作的工作控制部。

处理室主体10是可容易地交换甲烷气体和氮气的容器。作为该处理室主体10，可以举出具有耐热性的石英制或耐热钢制的容器。

在处理室主体10的内部，设置有感应加热装置12的加热线圈12a。在该加热线圈12a的内周侧，设置有支持工件W的工件支持部21。

处理室主体10，由于采用上述结构，因此能够在该处理室主体10内，仅由加热线圈12a对由工件支持部22上所支持的工件W进行感应加热。因此，处理室主体10也可不由耐热性构件构成。

因此，根据该气体渗碳处理装置1，可以简化处理室主体1的结构，可以谋求降低设备成本。

以高频电流从感应加热电源12b供给至加热线圈12a的方式构成感应加热装置12。从感应加热电源12b输出的高频电流的量被设定为可变的。进而，加热线圈12a可以根据所供给的高频电流的量，将工件W表面感应加热至所期望的温度。本实施方式的气体渗碳处理装置1，由于具备感应加热装置12，因此能够通过感应加热只对工件的局部进行加热，从而对该工件表面实施渗碳处理。因此，根据本实施方式的气体渗碳处理装置1，不需要对加热室内部整体进行加热，能够进行低功耗且短时间的处理。

在处理室主体10的外侧设置有IR传感器17。IR传感器17是通过检测从工件W所发出的红外线，从而检测工件W表面温度的传感器。

该IR传感器17，经由定序器18与感应加热装置12的感应加热电源12b连接。因此，气体渗碳处理装置1可以根据IR传感器17所检测到的工件W的表面温度控制感应加热电源12b，从而控制从该感应加热电源12b供给至加热线圈12a的高频电流的量。

在处理室主体10的上游连接有上述气体流路11。

该气体流路11经由质量流量控制器13a、13b分别连接在用于供给烃气即甲烷气体的CH₄储气瓶23和用于供给惰性气体即氮气的N₂储气瓶24上。

质量流量控制器13a控制从CH₄储气瓶23供给至处理室主体10内的甲烷气体的供给量。此外，质量流量控制器13b控制从N₂储气瓶24供给至处理室主体10内的氮气的供给量。

通过该结构，质量流量控制器13a、13b在渗碳处理时将供给至处理室主体10内的甲烷气体的供给量和氮气的供给量的总量维持在恒定量。同时，质量流量控制器13a控制供给至处理室主体10内的烃气的供给量、使该处理室主体内的烃气的浓度维持在恒定浓度。此外，质量流量控制器13a在扩散处理时，停止向处理室主体10内供给甲烷气体，但质量流量控制器13b维持氮气的供给。

另一方面，在处理室主体10的下游连接有从处理室主体10排出排气的排气流路14。

需要说明的是，为了从处理室主体10将气体高速排出，在排气流路14上也可以设置真空泵和真空罐。

气氛气罐15与处理室主体10连接，使得该气氛气罐15中的初始渗碳气氛气体被供给至处理室主体10。在此，初始渗碳气氛气体，是为了使渗碳处理前的处理室主体10内的气氛为渗碳处理时具有目标甲烷气体浓度的气氛的气体。

排气流路14的中途设置有CH₄气体分析仪16。此外，在该排气流路14的下游，设置有未图示的排气口。

CH₄气体分析仪16，伴随时间推移而监视从处理室主体10所排出的经过排气流路14的排气的一部分(样品气体)。并且，CH₄气体分析仪16，通过检测输送来的样品气体中的甲烷气体浓度从而检测处理室主体10内的甲烷气体浓度。

需要说明的是，本实施方式的气体渗碳处理装置1中，CH₄气体分析仪16也可以设置在处理室主体10上。即，CH₄气体分析仪16也可以配置成从处理室主体10采集样品气体。

CH₄气体分析仪16经由定序器18而连接在质量流量控制器13上。因此，气体渗碳处理装置1可以根据由CH₄气体分析仪16所检测到的样品气体中的甲烷气体浓度，控制质量流量控制器13，从而单独地控制通过气体流路11的甲烷气体和氮气的流量，并控制供给至处理室主体10内的甲烷气体和氮气各自的量。

定序器18，根据含有由CH₄气体分析仪16所检测到的处理室主体10内的甲烷气体浓度的信息的数据A，而生成指示质量流量控制器13a、13b中增减甲烷气体和氮气的流量的工作的控制信号A1、A2，并且，根据含有由IR传感器17所检测到的工件W表面温度的信息的数据B，生成指示感应加热电源12b中增减高频电流输出量的工作的控制信号B。

需要说明的是，本实施方式中作为例子说明了使用甲烷气体作为烃气、使用氮气作为惰性气体的气体渗碳处理装置，但烃气和惰性气体并不限定于上述这些气体。作为烃气，可以举出乙烯、乙炔等不饱和烃气；乙烷、丙烷、丁烷等饱和烃气等。作为惰性气体，可以举出氩气等。此外，本实施方式的气体渗碳处理装置也可以不设置收纳有向处理室主体10内供给初始渗碳气氛气体的气氛气罐15。

(气体渗碳方法的处理顺序)

以下参考附图对使用了上述气体渗碳处理装置1的本发明的一个实施方式的气体渗碳方法的处理顺序进行说明。图2为表示本发明一个实施方式的气体渗碳方法的处理顺序的流程图。需要说明的是，在图2中，为了说明各工序，除了气体渗碳处理装置1的加热线圈12a、工件支持部21以及工件W之外，进行了简略化记载。以下，以使用齿轮作为工件W(SCM420钢制、直径120mm、厚度60mm、3.5kg)的情况为例进行说明。

在本实施方式的气体渗碳方法(气体渗碳方法1)中，首先将工件W安装于设置在处理室主体10内的工件支持部21上〔图2的(a)“设置工序”〕。处理室主体10内的优选真空度为20Pa左右，这对应于残留氧气浓度为约50ppm以下的状态。然而，在本实施方式中，真空度不限于该值，能够根据工件的种类、所要求的品质而适当地设定。

接着，进行处理室主体10内的真空排气〔图2(b)，排气工序〕。

此后，向处理室主体10内填充氮气，直至处理室主体10内的压力为1300Pa、或处理室主体10内的状态成为不产生由加热线圈12a引起的放电的压力以上的减压状态，对工件W表面进行感应加热直至该工件W的表面温度达到渗碳温度〔图2的(c)“加热工序”〕。

在加热工序中，减压状态的处理室主体10内存在有作为惰性气体的氮气，该处理室主体10内的气氛成为无氧化气氛。此时，处理室主体10内的气氛气体维持在减压状态。此外，在加热工序中，由感应加热装置12的加热线圈12a对该工件W进行感应加热，直至该工件W的表面温度达到渗碳温度(例如1200℃)。

接着，在工件W的表面温度达到渗碳温度的时刻，对该工件W继续进行加热使上述表面温度维持在渗碳温度，并向处理室主体10内不停歇地导入目标烃气浓度的初始渗碳气氛气体，对处理室主体10内进行压力恢复〔图2的(d)“气氛气体恢复压力工序”〕。此时，例如将初始渗碳气氛气体从气氛气罐导入至减压状态的处理室主体10内。于是恢复压力结束时刻成为渗碳处理的开始时刻。

接着，在恢复压力后，使供给至处理室主体10内的烃气与惰性气体的供给量的总量为大致恒定量，且维持上述处理室主体10内的烃气的浓度为大致恒定浓度(参考图6实线部分)，同时向该处理室主体10内供给上述两种气体。此时，继续感应加热工件W，将该工件W在上述渗碳温度保持规定的时间〔图2的(e)「渗碳处理工序」〕。

此时，处理室主体10内的烃气的浓度大致保持为适于工件W的渗碳的浓度。另外，渗碳处理工序中的感应加热时间根据工件W的素材而设定。上述感应加热时间，例如在有效硬化层深度(维氏硬度：HV513)1.0mm的SCM420钢的情况下被设定为17分左右。

此后，一方面停止向处理室主体10内供给烃气，另一方面继续向该处理室主体10内供给氮气，对该工件W感应加热规定时间(例如约9分钟的时间)使工件W的表面温度维持在渗碳温度〔图2的(f)、“扩散处理工序”〕。需要说明的是，在上述扩散处理工序中，也可以是，在停止向处理室主体10内供给烃气后，使该处理室主体10内为规定的减压状态，而对该工件W感应加热规定时间以使工件W表面温度维持在渗碳温度。

在现有的渗碳方法中，需要重复进行如下的工作，即：在进行渗碳处理工序时，在钢的最表面部析出渗碳体的阶段进行扩散工序，使渗碳体中的碳向钢的内部固溶、扩散，在钢的表面部的渗碳体消失后再次进行渗碳工序。与此不同，本实施方式的气体渗碳方法，由于实施感应加热，因此与现有的渗碳方法相比能够提高处理温度。因此，含碳气体的扩散速度快。因此，在本实施方式的气体渗碳方法中，表面未析出渗碳体，含碳气体向内部移动，因此即便不重复进行上述渗碳处理工序与扩散处理工序，也可以抑制从工件W析出渗碳体和炭黑(sooting)的生成。因此，与现有的使用吸热性气体的气体渗碳方法或真空渗碳法相比，能够在短时间进行高品质的工件渗碳。

如上所述，根据本实施方式的气体渗碳方法，如图7所示，在渗碳处理时，作为烃气的甲烷气体的浓度，例如与专利文献1所示的由本申请人开发的现有气体渗碳法(虚线部分)不同，由于维持在一定浓度(实线部分)，可以以低处理成本、且更短时间进行工件的渗碳。

需要说明的是，在图7中，本发明中的氢气浓度比现有的高，这表示使烃气为恒定的情况下会使渗碳反应进一步进行。此外，稀释用氮气的体积百分比更少。这是由于如下缘故，即：为了使处理室主体10内的甲烷气体浓度恒定而增加了导入气体的甲烷气体浓度。(气体渗碳方法的变形例)

进一步，参考附图对使用上述气体渗碳处理装置1的本发明变形例的气体渗碳方法的处理顺序进行说明。图3为本发明变形例的气体渗碳方法的处理顺序的流程图。需要说明的是，图3与图2相同，除了气体渗碳处理装置1的加热线圈12a、工件支持部21以及工件W之外，进行简略化记载。以下，以使用齿轮(SCM420钢制、直径120mm、厚度60mm、3.5kg)作为工件W的情况为例进行说明。

变形例的气体渗碳方法(气体渗碳方法2)，在将工件W安装在工件支持部21上之后，不进行气体渗碳方法1中的排气工序，而进行加热工序〔图3的(b)〕；以及在加热工序〔图3的(b)〕结束后，直接进入渗碳处理工序〔图3的(c)〕，在这些方面，气体渗碳方法2与上述气体渗碳方法1不同。

在气体渗碳方法2中，安装工序〔图3的(a)〕可以通过与上述气体渗碳方法1中的安装工序〔图2的(a)〕相同的操作而进行。

在加热工序中，使处理室主体10内充满氮气，感应加热工件W的表面使该工件W的表面温度达到渗碳温度为止。在该加热工序中，通过向处理室主体10内供给作为惰性气体的氮气，使处理室主体10内为无氧气气氛。此时，处理室主体10内的气氛气体维持在大气压。此外，在加热工序中，通过感应加热装置12的加热线圈12a感应加热该工件W，直至工件W的表面温度达到渗碳温度(例如1200℃)。

以下，渗碳处理工序〔图3的(c)〕和扩散处理工序〔图3的(d)〕，能够通过与上述气体渗碳方法1中的渗碳处理工序〔图2的(e)〕和扩散处理工序〔图2的(f)〕相同的操作进行。

根据上述气体渗碳方法2，能够得到与上述气体渗碳方法1相同的作用效果。

【实施例】

(实施例1)

检验了将本发明的气体渗碳处理方法应用于齿轮制造情况下的处理成本和处理时间。

使用图1所示的气体渗碳处理装置1，如下所示，进行工件W的渗碳。需要说明的是，本实施例所用的气体渗碳处理装置1的处理室主体10的内部体积为7.4×10^-2m³。此外，作为工件W，使用由SCM420钢构成的齿轮(直径120mm、厚度60mm、3.5kg)。

将工件W安装在设置于气体渗碳处理装置1的处理室主体10内的工件支持部21上。接着，进行处理室主体10内的真空排气、接下来，向处理室主体10内导入氮气，使其为1300Pa的减压氮气气氛。此外，通过加热线圈12a对工件W进行感应加热。

工件W的表面温度达到1200℃时，一边维持工件W的表面温度为1200℃，一边从气氛气罐15向处理室主体10内导入初始渗碳气氛气体。此后，控制甲烷气体和氮气的各自供给量，以使供给至处理室主体10内的甲烷气体和氮气的供给量总量维持在10L/分钟，使处理室主体10内的甲烷气体浓度达到12.5体积％，从而使处理室主体10内的甲烷气体浓度维持在平均12.5体积％。通过将工件W在渗碳气氛中保持规定时间而对工件W进行了渗碳处理。

在渗碳处理后，在将工件W的表面温度维持1200℃的同时，停止向处理室主体10供给甲烷气体，另一方面，使该处理室主体10内处于规定的减压状态，通过将工件W进行规定时间的感应加热，对工件W实施扩散处理。接着，将所得到的工件W在870℃的淬火温度下维持60分钟后，在80℃的油中进行油冷。

对于由此所得到的齿轮，测定维氏硬度和表面碳浓度，研究了制造满足有效硬化层深度(维氏硬度：Hv513)为0.9mm、表面碳浓度为0.8质量％的齿轮时的渗碳时间和扩散时间。以满足维氏硬度为Hv513、有效硬化层深度为0.9mm、表面碳浓度为0.8质量％的齿轮作为实施例1的试样。

(实施例2)

在进行渗碳处理时，控制并维持甲烷气体和氮气各自的供给量，以使供给至处理室主体10内的甲烷气体和氮气的供给量总量维持在5L/分钟，且使处理室主体10内的甲烷气体浓度达到平均12.5体积％，除了上述操作之外，进行与实施例1相同的操作，研究了制造满足有效硬化层深度(维氏硬度：Hv513)为0.9mm、表面碳浓度为0.8质量％的齿轮时的渗碳时间和扩散时间。此外，上述齿轮作为实施例2的试样。

(实施例3)

在进行渗碳处理时，控制并维持甲烷气体和氮气各自的供给量，以使供给至处理室主体10内的甲烷气体和氮气的供给量总量维持在2L/分钟，使处理室主体10内的甲烷气体浓度达到平均12.5体积％，除了上述操作之外，进行与实施例1相同的操作，研究了制造满足有效硬化层深度(维氏硬度：Hv513)为0.9mm、表面碳浓度为0.8质量％的齿轮时的渗碳时间和扩散时间。此外，将上述齿轮作为实施例3的试样。

(比较例1)

在处理室(内部体积7.4×10^-2m³)安装与实施例1所用的工件W相同的工件，向处理室内部填充氮气。接着，将处理室加热至1200℃后，不停歇地导入目标甲烷气体浓度的气氛。此后，向处理室内以流量0.625L/分钟供给甲烷气体、以流量4.375L/分钟供给氮气(合计供给量：5L/分钟)，将该处理室在1200℃加热25.9分钟，对工件W实施了渗碳处理。在渗碳处理后，通过真空排气将处理室内的甲烷气体和氮气排出。接着，一边将处理室维持在1200℃一边向处理室的内部填充了氮气后，将该处理室在1200℃加热13.7分钟，对工件W实施了扩散处理。所得到的工件W在870℃的淬火温度下保持60分钟后，在80℃的油中进行了油冷。

对于这样得到的齿轮，研究了其维氏硬度和表面碳浓度。以下，将满足有效硬化层深度(维氏硬度：Hv513)为0.84mm、表面碳浓度为0.8质量％的齿轮作为比较例1的试样。

(比较例2)

在进行渗碳处理时，除了将甲烷气体的供给量设定为0.250L/分、将氮气的供给量设定为1.750L/分、将渗碳处理的加热时间(渗碳时间)设定为25.9分和将扩散处理的加热时间(扩散时间)设定为13.7分之外，以与比较例1相同的操作进行，从而得到了齿轮。对于所得到的齿轮，研究了其维氏硬度和表面碳浓度。以下，将得到的满足有效硬化层深度(维氏硬度：Hv513)为0.68mm、表面碳浓度为0.6质量％的齿轮作为比较例2的试样。

(试验例1)

对于实施例1～3的试样、比较例1以及比较例2的试样，由渗碳处理时的渗碳时间t与有效硬化层深度D，根据下述式(1)而计算出渗碳系数K。

$D=K\sqrt{t}---\left(1\right)$

上述的结果示于图4。此外，使用由图4所示的实施例1～3的试样的渗碳系数K，采用与实施例1～3相同的方法，计算出制造与比较例1的试样具有相同的有效硬化层深度(0.84mm)的齿轮时的推定处理时间。上述计算结果示于图5。进一步，根据图5所示的结果，计算出在制造齿轮时渗碳处理和扩散处理所需要的电力的成本，将计算结果示于图6。需要说明的是，在图4～6中，“供给量”表示甲烷气体与氮气的供给量的总量。

由上述计算结果可知，处理时间(渗碳时间和扩散时间之和)的平均值，与在比较例1和比较例2的情况下为约39.7分钟相比，在以实施例1～3的方法制造出与比较例1和比较例2的试样同样的齿轮的情况下，时间约为24.8分，可知能缩短约38％的时间。

此外，渗碳处理和扩散处理所需的平均电力成本，与在比较例1和比较例2的情况下约52日元相比，在以实施例1～3的方法制造出与比较例1和比较例2的试样同样的齿轮的情况下，成本约为40日元，可知还能削减处理成本。

Claims (6)

1.一种气体渗碳处理装置，是用于对金属制的工件实施渗碳处理，其特征在于，包括：

处理室主体，内部安装有所述工件；

感应加热装置，对所述工件进行加热；

气体流路，向所述处理室主体内供给烃气和惰性气体；以及

气体控制部，在进行渗碳处理时，使供给至所述处理室主体内的两种气体的供给量的总量维持为恒定量，同时控制供给至所述处理室主体内的烃气的供给量，使该处理室主体内的烃气的浓度维持为恒定浓度。

2.一种气体渗碳方法，是对金属制的工件实施渗碳处理的气体渗碳方法，其特征在于，包括：

安装工序，将所述工件安装于对该工件实施渗碳处理的处理室主体内；

加热工序，在惰性气体中对所述工件进行感应加热；以及

渗碳处理工序，在所述工件表面温度达到了规定温度时，将供给至所述处理室主体内的烃气和惰性气体的供给量的总量设定为恒定量，将所述处理室主体内的烃气浓度维持在恒定浓度，同时向所述处理室主体内供给所述两种气体，同时感应加热所述工件，将所述工件在规定温度保持规定时间。

3.如权利要求2所述的气体渗碳方法，其中，

在所述加热工序中，将处理室主体内真空排气后，向所述处理室主体内填充惰性气体，感应加热所述工件。

4.如权利要求2所述的气体渗碳方法，其中，

在所述加热工序中，使所述处理室主体内充满惰性气体，感应加热所述工件。

5.如权利要求2所述的气体渗碳方法，其中，

还包括在所述渗碳处理工序后停止供给烃气，将所述工件在规定温度保持规定时间的扩散处理工序。

6.如权利要求5所述的气体渗碳方法，

在所述扩散处理工序中，使停止供给烃气后的处理室主体内充满惰性气体，将该工件在规定温度下保持规定时间；或者将所述处理室主体内形成规定的减压状态，将该工件在规定温度下保持规定时间。

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