CN102206798A - 渗碳处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种渗碳处理装置，所述渗碳处理装置能够抑制工件在渗碳处理时的热损失，并能够使能量的消耗量降低至比以前低。在渗碳处理装置1内设置有筒状的方向限制构件31，所述方向限制构件31用于区分处理室10的壳壁11及感应加热线圈20与工件W，从而限制在处理室内对流的渗碳气氛气体从工件W侧向处理室10的壳壁11侧及感应加热线圈20侧流动。由此抑制渗碳气氛气体与壳壁11及感应加热线圈20之间的热交换。

Description

渗碳处理装置

技术领域

本发明涉及一种对钢制工件实施渗碳处理的渗碳处理装置。

背景技术

作为汽车及产业机械等中使用的钢制部件的表面硬化处理方法之一，例如可以采用高频渗碳方法，所述高频渗碳方法将低碳钢制工件安装在处理室的内部，通过高频感应加热将该工件的表面层加热至规定温度后，向处理室内供给渗碳气体，进行渗碳处理(例如参见专利文献1)。

在上述高频渗碳方法中，例如，如图4所示，可以使用渗碳处理装置101，所述渗碳处理装置101具有：处理室110，在内部安装有工件W；水冷式感应加热线圈120，设置在处理室110的内部，对工件W进行加热；气体流路150，向处理室110内供给渗碳气体；排气流路160，排出处理室110内的排气。

在使用上述渗碳处理装置101的高频渗碳方法中，首先通过感应加热线圈120将安装在处理室110内部的工件W的表面层感应加热至规定温度。之后，例如将渗碳气体通过气体流路150供给到处理室110内，所述渗碳气体在由烃气储气瓶151供给的烃气中混合有由稀释气体储气瓶152供给的稀释气体，在处理室110内生成渗碳气氛气体，使该渗碳气氛气体与变为高温的工件W的表面接触。此时，通过渗碳气氛气体中的烃的渗碳反应在工件W表面生成的碳，从工件W的表面向内部扩散浸透。由此，工件W的表面的碳含量升高，因此工件W的表面层硬化。

专利文献1：日本特开2004-360057号公报

发明内容

然而，在上述现有渗碳处理装置101中，工件W在渗碳处理时，因被加热的工件W的辐射热而使该工件W附近的渗碳气氛气体升温，由此在处理室110的内部发生渗碳气氛气体的对流(箭头C)和扩散(箭头D)，因此可以促进该渗碳气氛气体与处理室110的壳壁111及感应加热线圈120之间的热交换。因此，上述渗碳处理装置101存在下述问题：工件W在渗碳处理时的热损失大，渗碳处理所需的能量消耗量增多，渗碳处理成本变高。

本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够抑制工件在渗碳处理时的热损失、且能够降低渗碳处理成本的渗碳处理装置。

本发明的渗碳处理装置，是对钢制工件实施渗碳处理的渗碳处理装置，其特征在于，具有：处理室，内部安装有上述工件；感应加热线圈，设置在上述处理室的内部，包围上述工件并进行加热；气体供给通路，向上述处理室内供给渗碳气体；排气流路，排出上述处理室内的渗碳气氛气体；和筒状的方向限制构件，用于区分上述工件与处理室的壳壁及感应加热线圈，从而限制在处理室内对流的渗碳气氛气体从工件侧向处理室的壳壁侧及感应加热线圈侧流动。

在本发明的渗碳处理装置中，通过上述方向限制构件，能够限制在上述处理室内对流的渗碳气氛气体从工件侧向处理室的壳壁侧及感应加热线圈侧流动，抑制渗碳气氛气体与上述处理室的壳壁及感应加热线圈之间的热交换，因此能够抑制工件在渗碳处理时的热损失。

本发明的渗碳处理装置优选具有回流限制构件，所述回流限制构件导入已通过上述方向限制构件内部的渗碳气氛气体，且使该渗碳气氛气体以规定流量回流到上述处理室的壳壁与方向限制构件之间的空间。根据上述渗碳处理装置，可以使从上述方向限制构件的内部导入的渗碳气氛气体通过上述回流限制构件，以规定流量回流到上述处理室的壳壁与方向限制构件之间的空间。通过利用上述回流限制构件将上述空间的渗碳气氛气体的回流量事先设定为符合工件的材质及表面积等特性的适当的值，能够将处理室内的渗碳气氛气体的温度及/或组成设定为符合工件特性的适当的值。因此，根据上述渗碳处理装置，能够均匀且有效地进行工件的渗碳处理。另外，也能够再次利用回流到上述空间的渗碳气氛气体中未反应的气体，因此能够降低渗碳处理成本。

本发明的渗碳处理装置优选具有滞留时间调节构件，所述滞留时间调节构件调节上述方向限制构件内部的渗碳气氛气体的滞留时间。根据上述渗碳处理装置，利用上述滞留时间调节构件，根据工件的材质和表面积等特性，适当设定上述方向限制构件内部的渗碳气氛气体的滞留时间，由此能够进一步均匀且有效地进行工件的渗碳处理。

上述滞留时间调节构件可以为调节风门，所述调节风门能够可变地调节从上述方向限制构件的内部被导入到上述回流限制构件内部的渗碳气氛气体的流量。在这种情况下，通过操作上述调节风门，能够容易地调节上述方向限制构件内部的渗碳气氛气体的滞留时间。

上述方向限制构件的表面或上述感应加热线圈的表面优选采用下述构成：将来自工件的辐射热反射到工件侧空间的反射层。

在这种情况下，由于来自工件的辐射热能够被上述反射层反射到工件侧空间，所以能够抑制该辐射热与上述感应加热线圈及处理室的壳壁间的热交换。因此，能够更有效地抑制工件在渗碳处理时的热损失。

根据本发明的渗碳处理装置，能够抑制工件在渗碳处理时的热损失，降低渗碳处理所需的能量的消耗量，从而能够降低渗碳处理成本。

附图说明

[图1]为表示本发明的一个实施方式的渗碳处理装置的主要部分的剖面图。

[图2]为表示本发明的其他实施方式的渗碳处理装置的主要部分的剖面图。

[图3]为表示本发明的另一个实施方式的渗碳处理装置的主要部分的剖面图。

[图4]为表示现有渗碳处理装置的主要部分的剖面图。

符号说明

1    渗碳处理装置

10   处理室

11   壳壁

20   感应加热线圈

22   反射层

31   方向限制构件

31a  反射层

35   回流限制构件

35b  排出口

38   调节风门(滞留时间调节构件)

50   气体流路

70   传感器

W    工件

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边详细说明本发明的渗碳处理装置。

图1为表示本发明的一个实施方式的渗碳处理装置的主要部分的剖面图。在同一图中，渗碳处理装置1具有：处理室10，在内部设置有低碳钢、低碳合金钢等钢制工件W；感应加热线圈20，对工件W进行感应加热；圆筒状的方向限制构件31，限制渗碳气氛气体的流动方向；回流限制构件35，导入已通过上述方向限制构件31内部的渗碳气氛气体，使该渗碳气氛气体以规定量回流到处理室10的壳壁11与方向限制构件31之间的空间；气体供给通路50，向处理室10内供给渗碳气体；及排气流路60，排出处理室10内的渗碳气氛气体等。

处理室10由底部为开口的壳壁11和能够开放地闭塞该壳壁11底部的圆盘状底板14构成。上述壳壁11中通过圆盘状的顶壁13使圆筒状的周壁12的上端部闭塞。上述周壁12及顶壁13分别由石英、耐热钢等耐热性材料形成。

上述底板14可以通过图中未示出的升降装置升降，能够在其上升端位置使上述壳壁11的底部闭塞。

上述感应加热线圈20被配置在处理室10的内部。该感应加热线圈20为能够包围工件W外周的螺旋状线圈，在其内周内侧安装有工件W。通过对该感应加热线圈20供给高频电流，能够将工件W感应加热至期望的温度。

上述工件W被图中未示出的能够升降的支承构件所支承。上述支承构件通过与上述底板14一起升降，能够将工件W供给到感应加热线圈20的内周内侧，或将上述供给的工件W搬出至处理室10的下方。

上述方向限制构件31由下述部分构成：第1圆筒部32，包围工件W的外周；锥形筒部33，与上述第1圆筒部32的上端部相连接设置，朝向上方直径逐渐减小；第2圆筒部34，与上述锥形筒部33的上端部相连接设置。上述方向限制构件31的材料从不被感应加热的材料中选择，优选石英或陶瓷。

上述方向限制构件31被配置于工件W与感应加热线圈20之间的空间，用于区分工件W与处理室10的壳壁11及感应加热线圈20。由此，限制因被加热的工件W的辐射热而升温的渗碳气氛气体从工件W侧向感应加热线圈20侧及壳壁11侧流动(参见图1的箭头A)。因此，能够抑制上述渗碳气氛气体与上述壳壁11及感应加热线圈20之间的热交换，降低渗碳处理时的热损失。

上述回流限制构件35为区分处理室10的顶壁13侧空间的一部分的箱形构件，其顶板部分兼用作顶壁13。另外，在上述回流限制构件35的底部设置有开口，且在该开口嵌入上述第2圆筒部34。由此，可以将在上述方向限制构件31的内部上升的渗碳气氛气体导入回流限制构件35的内部。进而，在上述侧壁部35a上，在其整个周面设置有多个排出孔35b。另外，上述回流限制构件35的内部与上述排气流路60相连通，能够使导入到该内部的渗碳气氛气体的一部分或全部通过上述排气通路60排出。

各排出孔35b的开口面积的总和可以设定为符合工件W的材质及表面积等特性的适当的值。在渗碳气氛气体的回流率为0～100％的范围内，根据工件W的特性按照每个工件W设定上述开口面积的总和。此处上述所谓“回流率”，是指渗碳气氛气体的量Y相对于气体的量X的比例(Y/X)，其中，气体的量X表示从导入到回流限制构件35内的渗碳气氛气体中减去通过排气流路60排出的渗碳气氛气体得到的气体的量，渗碳气氛气体的量Y表示回流到处理室10的壳壁11与方向限制构件31之间的空间的渗碳气氛气体的量。“回流率0％”是指通过排气流路60将在工件W的渗碳处理中使用后的渗碳气氛气体100％排出，“回流率100％”是指工件W的渗碳处理中使用后的渗碳气氛气体中，使通过排气流路60排出的气体为0，100％回流。

如上所述，根据上述回流限制构件35，由于各排出孔35b的开口面积的总和被设定为符合工件W的材质和表面积等特性的适当的值，所以能够优化回流到上述处理室10的壳壁11与方向限制构件31之间的空间的渗碳气氛气体的量。因此，能够将处理室10内的渗碳气氛气体的温度及/或组成设定为符合工件W的特性的适当的值。因此，能够均匀且有效地进行工件W的渗碳处理。

需要说明的是，调节排出孔35b的开度使上述回流率超过0％时，能够将被导入回流限制构件35内部的渗碳气氛气体通过上述排出孔35b排出到上述处理室10的壳壁11与方向限制构件31之间的空间，使其回流再次供给到工件附近(参见图1的箭头B)。在这种情况下，能够再次利用上述渗碳气氛气体中的未反应气体，从而能够降低渗碳处理成本。

气体流路50与上述处理室10连接，所述气体流路50向该处理室10内供给由作为烃气的甲烷气体和作为稀释气体的氮气组成的渗碳气体。用于供给甲烷气体的烃气储气瓶51、及用于供给氮气的稀释气体储气瓶52分别与上述气体流路50连接。

进而，在上述渗碳处理装置1上设置有检测处理室10内的渗碳气氛气体的温度及组成的传感器70。上述传感器70的前端的检测部分例如可以被配置在图1所示的位置上，如图2及3所示也可以被配置在工件W与方向限制构件31之间的空间内。

由于利用上述传感器70能够监控在工件W的渗碳处理中使用的渗碳气氛气体的温度及组成，所以能够调节渗碳气氛气体的温度及组成为符合工件W的材质、表面积等特性的适当的值。另外，上述传感器70可以检测渗碳气氛气体的温度及组成中的任一种。

根据以上构成的渗碳处理装置1，通过上述方向限制构件31，限制方向限制构件31内部的渗碳气氛气体向处理室10的壳壁11侧及感应加热线圈20侧流动，因此，能够有效地抑制渗碳气氛气体与上述处理室10的壳壁11及感应加热线圈20之间的热交换。

因此，根据本发明的渗碳处理装置1，能够抑制工件W在渗碳处理时的热损失，使渗碳处理所需的能量的消耗量减少。具体而言，确认了本发明的渗碳处理装置1与没有设置上述方向限制构件31的现有渗碳处理装置相比，能够减少约17～23％左右的渗碳处理时的热损失。因此，本发明的渗碳处理装置1能够降低渗碳处理成本。

如图2所示，上述方向限制构件31也可以采用下述构成即，至少将感应加热线圈20侧表面作为反射来自工件W的辐射热的反射层31a。作为上述反射层31a，例如能够通过对方向限制构件31的母材表面施行镀金等而形成。

另外，如图3所示，上述感应加热线圈20也可以采用下述构成，即，将该感应加热线圈20的表面作为反射来自工件W的辐射热的反射层22。对于上述反射层22，也能够通过对感应加热线圈20的母材表面施行镀金等而形成。

在这种情况下，通过上述方向限制构件31的反射层31a或感应加热线圈20的反射层22，能够将来自工件W的辐射热反射到工件W侧空间，因此，能够进一步抑制该辐射热与上述感应加热线圈20及处理室10的壳壁11之间的热交换。因此，能够更有效地抑制工件W在渗碳处理时的热损失。具体而言，确认了在上述方向限制构件31上形成反射层31a时与不形成反射层31a时相比，能够降低约8～12％左右的渗碳处理时的热损失。

需要说明的是，如图2及图3所示，在上述渗碳处理装置1中也可以在方向限制构件31的第2圆筒部34的内部设置调节风门38(滞留时间调节构件)，所述调节风门38用于调节方向限制构件31内部的渗碳气氛气体的滞留时间。上述调节风门38，通过从处理室10的外部对该转动轴38a进行转动操作，能够改变第2圆筒部34内部的开口率，由此，能够根据工件W的特性适当调节方向限制构件31内部的渗碳气氛气体的滞留时间。因此，能够更加均匀且有效地进行工件W的渗碳处理。

另外，通过利用上述调节风门38调节渗碳气氛气体的回流量及排气量的总量，能够适当调节滞留时间。

需要说明的是，上述调节风门38的转动轴38a除了通过手动进行转动操作的情况之外，有时也通过步进电动机等驱动装置进行远程操作。

在上述实施方式中，使用调节风门38作为滞留时间调节构件，能够可变地调节方向限制构件31内部的渗碳气氛气体的滞留时间，但是，也可以通过适当选择第2圆筒部34的口径来代替上述调节风门38，使该第2圆筒部34兼用作滞留时间调节构件。

另外，在上述渗碳处理装置1中，事先求出符合工件的材质、表面积等特性的适当的渗碳气氛气体的温度及组成的值，为了能够维持上述值，可以将来自传感器70的信号作为输入信号反馈控制上述排出孔35b，自动调节回流到渗碳气氛气体的处理室10的回流量。

Claims (5)

1.一种渗碳处理装置，是对钢制工件实施渗碳处理的渗碳处理装置，其特征在于，具有：

处理室，内部安装有所述工件；

感应加热线圈，设置在所述处理室内部，包围所述工件并进行加热；

气体供给通路，向所述处理室内供给渗碳气体；

排气流路，排出所述处理室内的渗碳气氛气体；及

筒状的方向限制构件，用于区分所述工件与处理室的壳壁及感应加热线圈，从而限制在处理室内对流的渗碳气氛气体从工件侧向处理室的壳壁侧及感应加热线圈侧流动。

2.如权利要求1所述的渗碳处理装置，其中，具有回流限制构件，所述回流限制构件导入已通过所述方向限制构件内部的渗碳气氛气体，且使所述渗碳气氛气体以规定流量回流到所述处理室的壳壁与方向限制构件之间的空间。

3.如权利要求1或2所述的渗碳处理装置，其中，具有滞留时间调节构件，所述滞留时间调节构件调节所述方向限制构件内部的渗碳气氛气体的滞留时间。

4.如权利要求3所述的渗碳处理装置，其中，所述滞留时间调节构件为调节风门，所述调节风门能够可变地调节从所述方向限制构件内部被导入到所述回流限制构件内部的渗碳气氛气体的流量。

5.如权利要求1～4中任一项所述的渗碳处理装置，其中，所述方向限制构件的表面或所述感应加热线圈的表面构成为反射层，该反射层将来自工件的辐射热反射到工件侧空间。

Images