CN107614735A - 渗碳装置和渗碳方法 - Google Patents

渗碳装置和渗碳方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107614735A
CN107614735A CN201680027822.6A CN201680027822A CN107614735A CN 107614735 A CN107614735 A CN 107614735A CN 201680027822 A CN201680027822 A CN 201680027822A CN 107614735 A CN107614735 A CN 107614735A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heating furnace
organic compound
alcohol
cementing plant
compound steam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680027822.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107614735B (zh
Inventor
中尾航
丹下彰
丹后公
丹后公一
甲斐盛通
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NHK Spring Co Ltd
Yokohama National University NUC
Original Assignee
NHK Spring Co Ltd
Yokohama National University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NHK Spring Co Ltd, Yokohama National University NUC filed Critical NHK Spring Co Ltd
Publication of CN107614735A publication Critical patent/CN107614735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107614735B publication Critical patent/CN107614735B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20—Carburising
    • C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0056—Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20—Carburising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/04—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F27B9/045—Furnaces with controlled atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B9/3005—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types arrangements for circulating gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B9/40—Arrangements of controlling or monitoring devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Tunnel Furnaces (AREA)

Abstract

本发明的渗碳装置(10B)，具备用以加热钢制材料(11)的加热炉(50)、输送机构(55)、醇类蒸汽发生器(32B)、醇类蒸汽喷射部(57)、淬火槽(58)和余热吸入管(61)。输送机构(55)用于使多个材料(11)从加热炉(50)的入口部(51)向出口部(52)移动。醇类蒸汽发生器(32B)利用加热炉(50)产生的一部分热量作为热源。醇类蒸汽喷射部(57)通过在加热炉(50)内部多次重复进行蒸汽喷射工序和扩散工序，以对材料(11)进行渗碳处理。在蒸汽喷射工序中，通过向在加热炉(50)内移动的材料(11)喷射醇类蒸汽，使醇中的碳附着于材料(11)上。在扩散工序中，采用保持时间间隔的方式使附着于材料上的碳扩散。

Description

渗碳装置和渗碳方法
技术领域
本发明涉及对弹簧件以及各种机械元件等钢制品进行渗碳处理的渗碳装置和渗碳方法。
背景技术
为了减轻诸如汽车等车辆的重量并提高燃油效率，期望减轻构成车辆的部件的重量。在构成车辆部件中，悬架弹簧作为单体重量相对较大，并且也是支撑车身重量的重要部件。因此，需要在确保高可靠性的基础上减少悬架弹簧的重量。
用热加工制造的悬架弹簧，为了进行热卷曲，是在升温炉中在大气环境下被加热的。因此，弹簧的表面附近不可避免会产生不同程度的脱碳(铁素体脱碳或部分脱碳)。产生脱碳的弹簧会使淬火硬度及回火硬度降低，从而导致屈服应力降低，进而导致疲劳极限降低。作为提高弹簧的耐用性的手段，喷丸硬化是有效的。但是喷丸硬化不能产生超过被处理部件(例如悬架弹簧)的屈服应力的压缩残留应力。因此，因脱碳产生的屈服应力的低下也导致喷丸硬化效果的低下。
作为解决悬架弹簧等钢制品的脱碳问题的一个手段，渗碳处理是有效的。作为传统的渗碳法，固体渗碳法、液体渗碳法、变质炉气体渗碳法、滴注气体渗碳法、真空渗碳法、等离子体渗碳法等是众所周知的。变质炉气体渗碳法、真空渗碳法、等离子体渗碳法在例如日本特公昭59-15964号公报(专利文献1)中有公示。过去已经对这些渗碳法进行了大量研究，并且建立了控制方法。因此，对以弹簧件和齿轮为代表的各种工业制品来说，这些渗碳法是适用的。
然而，这些已有的渗碳方法需要气体变质炉或专用渗碳炉。因此，不仅存在需要在现有的弹簧制造工艺的加工设备的基础上追加设备的困难情况，还会产生巨大的费用。并且，现在工业上使用的渗碳方法通常是将渗碳气体保持在被处理件的周围来进行渗碳处理的。因此就成了批量式渗碳处理。这种情况下，就无法对在热处理炉内连续处理的热加工钢制品进行渗碳处理。因此，期望能够利用在开放的大气条件下对材料进行加热的加热炉(热处理炉)来进行渗碳处理。
在开放的大气条件下进行渗碳处理的技术已经在专利文献2中被公示。专利文献2的渗碳方法以及渗碳装置具备有加热被处理件(工件)的圆环状加热线圈和对加热了的被处理件喷射渗碳气体的气体喷嘴。在专利文献2的加热线圈中形成有渗碳气体流通的内部通路。利用所述加热线圈来加热渗碳气体。在专利文献3中，公示了利用了多孔体的毛细管的供水作用的过热蒸汽发生装置。
在先技术文献
专利文献1：日本特公昭59-15964号公报
专利文献2：日本特开2011-26651号公报
专利文献3：日本特许第4923258号公报。
发明内容
发明要解决的课题
用于弹簧制造过程等的热处理炉(加热炉)由于是在开放的大气条件下对材料进行加热，并不是密闭的。因此，利用现有的渗碳技术，对在钢制品的连续生产线上移动的材料来说，使用开放式热处理炉进行渗碳处理是困难的。专利文献2就是在开放的大气条件下进行渗碳处理的技术。然而专利文献2是通过使用专用的用于渗碳处理的加热线圈来加热被处理件(工件)和渗碳气体的。因此，专利文献2需要使钢制品离开制造过程进行批量处理。因此，专利文献2不仅需要渗碳处理专用的设备(加热线圈等)，还需要用于加热的电力。另外，由于使用了丙烷等具有爆炸性的渗碳气体，在操作中也需要格外注意。
因此，本发明目的在于，提供使在弹簧等钢制品的制造过程中进行的滲碳处理能够节省设备、安全而且高效地进行的渗碳装置和渗碳方法。
解决问题的手段
一种实施形态的渗碳装置，具有用于将钢制材料加热至可淬火的温度的加热炉、例如步进式炉底或传送带等输送机构、有机化合物蒸汽发生器、有机化合物蒸汽喷雾部、以及对渗碳后的材料进行淬火时使用的淬火手段。用于渗碳的有机化合物之一例为酒精(乙醇)。加热炉之一例为将所述材料加热到980-1000℃(奥式体化温度)。所述输送机构是使多个所述材料从所述加热炉的入口处连续地或者间歇性地向出口处移动的装置。
所述有机化合物蒸汽发生器利用热源使有机化合物液体蒸发来产生有机化合物蒸汽。所述有机化合物蒸汽喷雾部是，将所述有机化合物蒸汽吹向在所述加热炉中移动的所述材料，使该有机化合物中的碳附着到所述材料上，并且，在经过碳扩散的一段时间间隔后，再次将该有机化合物蒸汽喷射到所述材料上。在所述加热炉中重复多次如上所述的渗碳处理(喷射有机化合物蒸汽以及碳扩散)。所述淬火手段是，使从所述加热炉中取出来的渗碳后的所述材料急骤冷却，使所述材料产生淬火组织。
发明效果
如果采用本发明，则不需要用于生成渗碳气体的大型变质炉或专用渗碳炉，就能够在弹簧制造过程等钢铁制品的制造过程中节省设备、安全且高效地进行渗碳处理。
附图说明
图1是表示第1实施形态的渗碳装置的构成的示意图。
图2表示渗碳处理的重复次数为5、10、15、20时，离表面的距离与维氏硬度的关系。
图3表示渗碳处理的重复次数与渗碳深度的关系。
图4表示渗碳处理的重复次数为5、10、15、20时，离表面的距离与碳浓度的关系。
图5是表示第2实施形态的渗碳装置的构成的示意图。
图6是表示图5所示的渗碳装置的有机化合物蒸汽发生器的例子的示意截面图。
图7是表示有机化合物蒸汽发生器的另一例的示意截面图。
图8是表示用图5中示出的渗碳装置制造钢制品的方法之一例的工序流程图。
图9表示图8所示的制造方法的一部分中的渗碳工序的细节。
图10是表示热加工钢制品时的制造方法之一例的流程图。
图11是表示钢制品第1例的正面图。
图12是表示钢制品第2例的正面图。
图13是表示钢制品第3例的正面图。
图14是表示钢制品第4例的正面图。
图15是表示钢制品第5例的正面图。
图16是表示钢制品第6例的正面图。
图17是表示钢制品第7例的正面图。
具体实施方式
以下参照图1至图4对第1实施形态的渗碳装置进行说明。
图1是表示在实验室中实施的渗碳装置10A的结构的示意图。该渗碳装置10A包括储存钢制材料11的容器12、支持容器12内的材料11的支架13、用于加热材料11的红外聚光型加热器14，作为有机化合物供给系统之一例的醇类蒸汽供给系统15、不活泼气体供给系统16、排气泵18、切换阀19、检测材料11的温度的温度传感器(热电偶)20、以及在对材料11进行淬火时使用的冷却槽21等。冷却槽21中储存有冷水21a。
容器12之一例由石英管构成，通过上盖12a和可开闭的底盖12b来保持内部的气密封性。作试验用的材料11之一例是直径12mm，长50mm的钢棒(油回火钢丝)。油回火钢丝的化学成分(重量％)是0.41C-2.2Si-0.84Mn-0.11Cr-0.06Ni-0.26Cu和剩余部分Fe。容器12和加热器14构成加热炉25。
醇类蒸汽供给系统15包括作为容器部的托盘31，用以产生醇类蒸汽的醇蒸汽发生器3A和切换阀36等。托盘31储存作为有机化合物液体之一例的醇类液体30。醇之一例是乙醇(C-2H50H)。用于渗碳处理的液体不限于醇类，只要是具有至少含氧的分子结构的有机化合物即可。例如，可以是丙酮等酮类或各种酸类。
醇蒸汽发生器32A之一例由作为连续气泡性多孔体之一例的多孔质块33(例如耐火砖)和配备于多孔质块33的流通孔内的电加热器组成。多孔质块33至少一个部分被储存于托盘31的醇类液体30所浸渍。醇类溶液渗透扩散到多孔质块33中，并且在多孔质块33中汽化的醇类蒸汽被送到混合管道35。
醇类蒸汽发生器的另一例为，用吸热手段代替使用电加热器作为热源，将加热炉25的热量吸入多孔质块33中。吸热手段之一例是用以吸取加热炉25的热量的配管34。通过将所述配管34连接于多孔质块33，利用加热炉25的热量加热多孔质块33。
借助于醇类蒸汽发生器32A生成醇类蒸汽。所述醇类蒸汽通过混合管道35，提供给容器12，以使容器12内部充满醇类蒸汽。在容器12内部，高温材料11接触到醇类蒸汽，由此醇中的碳被吸附到材料11上。
不活泼气体供给系统16包括气体供给源40和开闭阀41。气体供给源40中储存有氩之类的惰性气体。一旦打开开闭阀41，气体供给源40内的氩气经由开闭阀41和管道42被提供给混合管道35。也可以利用氩气等惰性气体稀释醇类蒸汽。
容器12内的材料11利用加热器14加热到1000℃。在保持此温度的状态下，借助于醇类蒸汽发生器32A生成醇类蒸汽。该醇类蒸汽经由混合管道35提供给容器12。容器12内充满醇类蒸汽达到预定时间(例如7秒)时，醇中的碳被吸附到材料上。之后切换切换阀36，切断醇类蒸汽发生器32A的醇蒸汽的供给。
利用排气泵18排出容器12内的醇类蒸汽，同时将气体供给源40供给的氩气充满容器12。在容器12内形成氩气氛围的状态下，保持一段时间间隔(例如53秒)。以此使碳在材料11中扩散，同时防止煤附着于材料11表面。
如上所述进行第一次渗碳处理(第一次醇类蒸汽喷射和碳扩散)。之后进行第二次渗碳处理(第二次及以后的醇类蒸汽喷射和碳扩散)。第二次及以后的渗碳处理，数次重复上述渗碳处理(醇类蒸汽喷射和碳扩散)方法。通过上述步骤，使材料11表面形成深度1mm左右，碳浓度0.4-1.2重量％的渗碳层。
上述渗碳处理终了后，打开容器12的底盖12b。将从容器12中取出的高温(能够淬火的温度)的材料11放入冷却槽21的冷水21a中急骤冷却，进行淬火。通过上述淬火处理，材料11至少在表层形成了淬火组织(马氏体)。
图2表示渗碳处理的重复次数(n)分别为5、10、15、20的情况下，每一材料的维氏硬度与离表面的深度的关系。图3所示为渗碳处理的重复次数(n)与渗碳深度之间的关系。从图2和图3可以知道，渗碳处理的重复次数越多，硬化位置越深，并且，硬度的峰值位于深位置。
图4表示渗碳处理的重复次数(n)分别为5、10、15、20的情况下，每一材料的渗碳浓度与离表面的深度之间的关系。由图4可知，从表面开始到1mm深度附近的表层部分，渗碳处理的次数越多碳浓度越高，并且，碳浓度可以增加到较深的位置。
以下结合图5和图6，对第2实施形态的渗碳装置进行说明。
图5为弹簧制造过程中，在工厂进行渗碳处理的渗碳装置10B的示意图。所述渗碳装置10B具备加热炉50、输送机构55、醇蒸汽供给系统56、醇蒸汽喷射部57和作为淬火手段的淬火槽58等。加热炉50是用于加热弹簧钢制成的材料11的热处理炉。输送机构55使多个材料11从加热炉50的入口部51移动到出口部52。淬火槽58中储存有水或油等淬火液体。
加热炉50通过燃烧城市煤气等可燃性气体来形成火焰。利用所述火焰，将材料11加热到能够淬火的温度(例如980℃)。在弹簧件等钢制品的制造过程中，加热炉50将钢制材料11加热到奥氏体化温度。即所述加热炉50是升温炉(热处理炉)，是在开放的大气条件下加热材料11。加热炉50的加热形式不限于开放式气体加热炉。例如可以是具备辐射管的间接加热的加热炉。或者利用采用辐射管的辐射管燃烧器产生的辐射热来加热炉内部。
输送机构55之一例是像步进梁(Walking beam)那样交替地前进和暂停的间歇移动型机构。多个材料11通过输送机构55，从加热炉50的入口部51向出口部52，向图5中箭头F所示方向移动。作为输送机构55的其他形态，也可以采用连续地无端移动的传送带。
醇类蒸汽供给系统56具备图6所示的醇类蒸汽发生器32B、余热吸收管61，醇类蒸汽供给管62、流量调整器63、不活泼气体供给部64和二氧化碳气体供给部65。作为余热吸收手段起作用的余热吸收管61将由加热炉50产生的一部分热量作为醇蒸汽发生器32B的热源加以利用。
醇类蒸汽发生器32B和加热炉50之间配备有流量调整器63。从醇类蒸汽发生器32B向醇类蒸汽喷射部57提供醇类蒸汽。醇类蒸汽的量由流量调整器63调整。不活泼气体供给部64根据需要提供氮等不活泼气体。或者也可以由二氧化碳供给部65提供二氧化碳。
图6所示的醇类蒸汽发生器32B之一例具备托盘70、多孔质块71和形成于多孔质块71上的流通孔72组成。托盘70是储存醇类液体30的容器部之一例。多孔质块71是含浸托盘70内装的醇类液体30的连续气泡形的多孔体之一例。加热炉50内产生的高温气体的一部分经由余热吸收管61流入流通孔72中。利用高温气体的热量，使多孔质块71中的醇(乙醇)汽化。汽化的醇蒸汽从醇类蒸汽供给管62提供给到醇类蒸汽喷雾部57。这个情况下的余热吸收管61作为加热流通孔72内部表面的至少一部分用的加热手段起作用。
醇类蒸汽喷射部57包括多个喷嘴57a、57b、57n。这些喷嘴57a、57b、57n将醇类蒸汽分阶段喷射到在加热炉50内移动的材料11上。为此喷嘴57a、57b、57n借助于输送机构55将在加热炉50内移动的材料11包围在出口部52附近。并且把喷嘴57a、57b、57n保持间隔距离分多级配置于材料11的移动方向上。
将第一级喷嘴57a配置于加热炉50出口部52附近，材料11的移动方向上游侧。将第二级喷嘴57b配置于材料11移动方向上的第一级喷嘴57a的下游侧。将第N级(第三级之后)喷嘴57n配置于材料11的移动方向上的第二级喷嘴57b的下游侧。
由醇类蒸汽发生器32b产生的醇类蒸汽从各个喷嘴57a、57b、57n向材料11喷射。因此，材料11的周围存在高浓度的醇类蒸汽。在喷嘴57a、57b、57n之间，实质上形成了醇类蒸汽浓度非常低的间隔区间(用于碳扩散的区间)。
图7是醇类蒸汽发生器的其他实例的截面示意图。图7中所示的醇蒸汽发生器32C在多孔质块71上形成的流通孔72内，具有高温气体流路80。高温气体流路80上连接余热吸收管61。加热炉50内的高温气体的一部分流经高温气体流路80。高温气体流路80作为用于加热流通孔72内部表面的至少一部分的加热手段起作用。借助于流经高温气体流路80的加热炉50的高温气体的热量，使多孔质块71中的醇类液体蒸发。蒸发的醇类蒸汽经由流通孔72、醇类蒸汽供给管62和流量调整器63，被提供给醇类蒸汽喷射部57(如图5所示)。
弹簧制造过程中工厂级别的渗碳处理用的渗碳装置10B的情况下，醇类蒸汽发生器可以不利用加热炉的热量而利用外部的热源。例如，也可以像第1实施例中的醇类蒸汽发生系统那样，利用电加热器作为热源。
如图8所示为制造弹簧等钢制品的制造工序之一例。在图8的步骤ST1中(加热工序)，在加热炉50内加热弹簧钢等为原材料的钢制材料11。步骤ST2中(渗碳工序)，用渗碳装置10B进行渗碳处理。图9表示图8的步骤ST2(渗碳工序)的细节。
如图9所示，在渗碳工序(步骤ST2)中，在加热炉50内移动的材料11移动到与第一级喷嘴57a(示于图5)相对的位置。在材料11面向第一级喷嘴57a的状态下，第一级喷嘴57a将醇类蒸汽吹向材料11。借助于以上步骤，实施第一次蒸汽喷射工序ST10，醇中的碳附着于材料11上。附着于材料11上的碳，经过第一扩散工序ST11，借助于布杜阿尔反应(2CO→[C]+CO2)，进行渗碳。
经过第一扩散工序ST11后，材料11移动到与第二级喷嘴57b(如图5所示)相对的位置。当材料11面向第二级喷嘴57b时，第二级喷嘴57b再次将醇蒸汽吹向材料11。以此实施第二蒸汽喷射工序ST12，醇中的碳附着于材料11上。附着于材料11的碳经过第二扩散工序ST13，再次通过布杜阿尔反应进行渗碳，提高材料11表面附近的碳浓度。
经过第二扩散工序ST13后，材料11移动到与第N级喷嘴57n(如图5所示)相对的位置。当材料11面向第N级喷嘴57n时，第N级的喷嘴57n再次将醇蒸汽吹向材料11。以此实施第N蒸汽喷射工序ST14，醇中的碳附着于材料11上。附着于材料11的碳经过第N扩散工序ST15，再次借助于布杜阿尔反应实现渗碳作用，材料11表面附近的碳浓度进一步增加。在加热炉50内如上所述多次(N次)反复进行渗碳处理(醇蒸汽的喷射与扩散)。
借助于渗碳工序(步骤ST2)进行渗碳处理，并且，将保持在高温状态的材料11从加热炉50的出口部输送到加热炉50的外部。在图8的步骤ST3，将材料11投入淬火槽58中。投入淬火槽58的材料11，以能够产生淬火组织(马氏体)的温度递度急剧冷却，以在材料11的至少表层部形成淬火组织。
其后，在图8的步骤ST4进行回火处理。材料11因为已经经过渗碳处理，所以回火后也拥有足够的硬度。而且，在步骤ST5(成型工序)中，利用塑性加工方法将材料11成型为规定的形状(例如螺旋弹簧的形状)。在步骤ST6进行喷丸处理，向材料11表面施加压缩的残余应力。根据需要进行冷固化或油漆等后续处理。在步骤ST7进行产品检查，完成弹簧件。
图10表示钢制品热(再结晶温度以上)成型时的制造工序之一例。在图10的步骤ST1(加热工序)中，将材料11加热至奥氏体化温度。在保持该温度的状态下，在图10的步骤ST5(成型工序)中，对材料11进行热成型。
当进行热成型时，材料11的表面会产生不同程度的脱碳。因此，在本实施例中，在热成型后实施步骤ST2的渗碳工序。即在步骤ST2中，利用渗碳装置10B(图5)，在加热炉50内进行渗碳处理。在这种情况下，也如图9所示，通过重复数次(N次)进行醇蒸汽喷射和碳扩散，分阶段地进行渗碳处理。在步骤ST2(渗碳工序)结束后，根据需要进行淬火及回火等热处理(步骤ST3、ST4)。再进行喷丸硬化和检查(ST6、ST7)等步骤。
另外，在图10的制造流程的说明中，步骤ST2(渗碳工序)是在步骤ST5(成型工序)后进行的。但是将步骤ST2(渗碳工序)和步骤ST1(加热工序)同时，或在步骤ST1(加热工序)结束后进行也是可以的。
如上所述本实施形态的钢制品的渗碳方法包括以下工序：
(1)将钢制材料在加热炉内加热至可淬火的温度；
(2)通过使醇类液体蒸发生成醇蒸汽；
(3)使所述材料从所述加热炉的入口部连续地或间歇地向出口部移动；
(4)在所述加热炉内多次重复进行将所述醇类蒸汽喷向所述加热炉内的所述材料上的喷射工序和使碳扩散的扩散工序；
(5)将从所述加热炉内取出的所述材料通过急骤冷却使之产生淬火组织。
如果采用本实施形态的渗碳装置10B和渗碳方法，则不需要用于生成渗碳气体的变质炉和专用的渗碳炉。因此可以在节省设备的状态下进行渗碳处理，并且，由于使用醇类蒸汽作为渗碳气体，能够保证安全。此外，渗碳处理可以在作为连续生产工件(钢制品)的生产线的一部分的热处理炉(加热炉)中和热处理大致同时进行，因此能够高效地制造具有渗碳层的钢制品。
在实施本发明过程中，不用说，以加热炉和输送机构、醇蒸汽发生器、余热吸入手段、醇蒸汽喷射部、淬火手段为首的，构成本发明的渗碳装置的各要素的具体结构和配置等形态，可以根据需要变更实施。在渗碳时使用的醇不限于乙醇，简而言之，只要是可以用羟基置换碳化氢的氢原子的化合物蒸发的物质即可。
工业适用性
以上所述的实施形态的渗碳装置和渗碳方法，可以适用于以弹簧钢为原材料的弹簧件为代表的，各种形态的钢制机械部件。图11到图17所示是作为钢制品的弹簧部件的第1例到第7例的示意图。图11所示为线圈弹簧等卷弹簧11a。图12所示为车辆用稳定器11b。图13为盘形弹簧11c，图14为扭力杆11d，图15为板簧11e。
在所述弹簧件之外，还有例如图16所示的齿轮11f，或图17所示的螺丝11g等机械元件，均适用本发明的渗碳装置和渗碳方法。除此之外的工业制品也可以适用本发明的渗碳装置和渗碳方法。简而言之，需要通过渗碳在表层部形成高碳浓度的渗碳层的钢制品均适用本发明。
符号说明
10A，10B…渗碳装置、11…材料、11a～11g…钢制品、30…醇液体(有机化合物液体之一例)、31…托盘(容器部)、32A、32B、32C…醇蒸汽发生器、50…加热炉、51…入口部、52…出口部、55…输送机构、56…醇蒸汽供给系统、57…醇蒸汽喷射部、57a、57b、57n…喷嘴、58…淬火槽(淬火手段)、61…余热吸入管(余热吸收手段)、62…醇蒸汽供给管、70…托盘(容器部)、71…多孔质块(多孔体)、72…流通孔、80…高温气体流路。

Claims (15)

1.一种渗碳装置，其特征在于，包括：
加热钢制材料(11)的加热炉(50)、
将多个所述材料(11)从所述加热炉(50)的入口部连续或间歇地移向出口部(52)的输送机构(55)、
使有机化合物液体蒸发，产生有机化合物蒸汽的有机化合物蒸汽发生器(32B)(32C)、
将所述有机化合物蒸汽吹向在所述加热炉(50)内移动的所述材料(11)，使所述有机化合物中的碳附着于所述材料(11)上，在经过附着于所述材料(11)的碳在所述材料(11)中扩散的间隔之后，再次将所述有机化合物蒸汽吹向所述材料(11)的有机化合物蒸汽喷射部(57)、以及
使从所述加热炉(50)内取出的所述材料(11)急骤冷却，使所述材料(11)生成淬火组织的淬火手段(58)。
2.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，所述渗碳装置具备
将所述加热炉(50)产生的热量的一部分作为所述有机化合物蒸汽发生器(32B)(32C)的热源加以利用的余热吸入手段(61)。
3.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物蒸汽发生器(32B)(32C)具有储存有机化合物液体的容器部(70)和使所述容器部(70)内的所述有机化合物液体渗透扩散的多孔体(71)，通过加热所述多孔体(71)的流通孔(72)内部，使之产生所述有机化合物蒸汽。
4.如权利要求2所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物蒸汽发生器(32B)(32C)具有储存有机化合物液体的容器部(70)和使所述容器部(70)内的所述有机化合物液体渗透扩散的多孔体(71)，通过加热所述多孔体(71)的流通孔(72)内部，使之产生所述有机化合物蒸汽。
5.如权利要求3所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物蒸汽发生器(32B)(32C)具备加热所述流通孔(72)的内表面的至少一部分的加热手段(61)(80)。
6.如权利要求4所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物蒸汽发生器(32B)(32C)具备加热所述流通孔(72)内表面的至少一部分的加热手段(61)(80)。
7.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，
所述加热炉(50)是将所述材料(11)加热到马氏体化温度的热处理炉。
8.如权利要求2所述的渗碳装置，其特征在于，
所述加热炉(50)是将所述材料(11)加热到马氏体化温度的热处理炉。
9.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物蒸汽喷射部(57)具有多个在所述输送机构(55)的移动方向上多级配置的喷嘴(57a，57b，57n)。
10.如权利要求2所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物蒸汽喷射部(57)具有多个在所述输送机构(55)的移动方向上多级配置的喷嘴(57a，57b，57n)。
11.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物液体是醇类液体。
12.如权利要求2所述的渗碳装置，其特征在于，
所述有机化合物液体是醇类液体。
13.如权利要求11所述的渗碳装置，其特征在于，
所述醇类液体是乙醇。
14.如权利要求12所述的渗碳装置，其特征在于，
所述醇类液体是乙醇。
15.一种渗碳方法，其特征在于，
在加热炉(50)内将钢制材料(11)加热至可淬火温度；
使有机化合物液体蒸发，产生有机化合物蒸汽；
使所述材料(11)从所述加热炉(50)的入口部(50)连续地或间歇地向出口部(52)移动；
在所述加热炉(50)内多次反复进行对所述加热炉(50)内的所述材料(11)喷射所述有机化合物蒸汽的蒸汽喷射工序和使附着在材料(11)上的碳扩散的扩散工序；
将从所述加热炉(50)中取出的所述材料(11)急骤冷却，使之产生淬火组织。
CN201680027822.6A 2015-05-19 2016-05-12 渗碳装置和渗碳方法 Active CN107614735B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015101781A JP6488191B2 (ja) 2015-05-19 2015-05-19 浸炭装置と浸炭方法
JP2015-101781 2015-05-19
PCT/JP2016/064183 WO2016186003A1 (ja) 2015-05-19 2016-05-12 浸炭装置と浸炭方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107614735A true CN107614735A (zh) 2018-01-19
CN107614735B CN107614735B (zh) 2021-04-23

Family

ID=57319907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680027822.6A Active CN107614735B (zh) 2015-05-19 2016-05-12 渗碳装置和渗碳方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10584408B2 (zh)
EP (1) EP3299488A4 (zh)
JP (1) JP6488191B2 (zh)
KR (1) KR102004078B1 (zh)
CN (1) CN107614735B (zh)
MX (1) MX2017014770A (zh)
WO (1) WO2016186003A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113862608A (zh) * 2021-09-26 2021-12-31 南京高速齿轮制造有限公司 一种渗碳介质喷射装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2018011359A (es) * 2016-03-30 2019-01-31 Nhk Spring Co Ltd Miembro de muelle hueco y metodo de produccion de muelle hueco.
CN109487201B (zh) * 2019-01-09 2021-02-19 嘉善龙焱热处理厂(普通合伙) 一种金属工件渗碳炉
KR102494316B1 (ko) 2021-09-30 2023-02-06 한국생산기술연구원 침탄원료의 저감 및 입계산화의 저감을 위한 가스침탄방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1298456A (zh) * 1998-04-27 2001-06-06 液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司 金属部件的渗碳和碳氮共渗方法
JP2007248042A (ja) * 2006-02-14 2007-09-27 Yokohama National Univ 水蒸気発生装置及び水蒸気発生方法
JP2008057039A (ja) * 2006-08-02 2008-03-13 Ntn Corp 浸炭方法、鋼製品、および熱処理設備
CN101338358A (zh) * 2007-07-05 2009-01-07 刘正贤 提升马氏体不锈钢表面硬度的方法
CN101809184A (zh) * 2007-10-01 2010-08-18 罗伯特.博世有限公司 工件的渗碳方法及其应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4923258A (zh) 1972-06-26 1974-03-01
JPS49105736A (zh) * 1973-02-13 1974-10-07
US4059122A (en) 1973-02-10 1977-11-22 Glory Kogyo Kabushiki Kaisha Coin classifying and counting machine
JPS51117934A (en) * 1975-04-09 1976-10-16 Fujikoshi Kk Droppinggtype gas carburizing furnace
JPS5915964B2 (ja) 1977-10-14 1984-04-12 オリエンタルエンヂニアリング株式会社 鋼の熱処理方法
JPS5915964A (ja) 1982-07-19 1984-01-27 Canon Inc 画像表示装置
CH686072A5 (de) * 1992-06-19 1995-12-29 Alusuisse Lonza Services Ag Sprayanlage zum Kuhlen von Profilen.
JP3792369B2 (ja) * 1997-09-19 2006-07-05 ジャパン・エア・ガシズ株式会社 熱処理用雰囲気発生装置
CN100503878C (zh) * 2007-12-29 2009-06-24 江苏丰东热技术股份有限公司 减少内氧化的渗碳工艺
JP5799483B2 (ja) 2009-07-23 2015-10-28 トヨタ自動車株式会社 浸炭方法および浸炭装置
JP5361098B1 (ja) 2012-09-14 2013-12-04 日本発條株式会社 圧縮コイルばねおよびその製造方法
JP6661594B2 (ja) 2017-12-12 2020-03-11 ファナック株式会社 モジュール及び電子機器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1298456A (zh) * 1998-04-27 2001-06-06 液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司 金属部件的渗碳和碳氮共渗方法
JP2007248042A (ja) * 2006-02-14 2007-09-27 Yokohama National Univ 水蒸気発生装置及び水蒸気発生方法
JP2008057039A (ja) * 2006-08-02 2008-03-13 Ntn Corp 浸炭方法、鋼製品、および熱処理設備
CN101338358A (zh) * 2007-07-05 2009-01-07 刘正贤 提升马氏体不锈钢表面硬度的方法
CN101809184A (zh) * 2007-10-01 2010-08-18 罗伯特.博世有限公司 工件的渗碳方法及其应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113862608A (zh) * 2021-09-26 2021-12-31 南京高速齿轮制造有限公司 一种渗碳介质喷射装置
CN113862608B (zh) * 2021-09-26 2024-03-01 南京高速齿轮制造有限公司 一种渗碳介质喷射装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107614735B (zh) 2021-04-23
EP3299488A4 (en) 2018-11-07
WO2016186003A1 (ja) 2016-11-24
KR20170138499A (ko) 2017-12-15
MX2017014770A (es) 2018-02-13
US20180080113A1 (en) 2018-03-22
EP3299488A1 (en) 2018-03-28
JP6488191B2 (ja) 2019-03-20
JP2016216774A (ja) 2016-12-22
US10584408B2 (en) 2020-03-10
KR102004078B1 (ko) 2019-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107614735A (zh) 渗碳装置和渗碳方法
CA1073325A (en) Atmosphere compositions and methods of using same for surface treating ferrous metals
Edenhofer et al. Carburizing of steels
CN102808188B (zh) 用于变速器内齿圈的气体渗碳淬火工艺
CN107109616B (zh) 在较低压强和较高温度下钢零件的碳氮共渗方法和设备
KR100858598B1 (ko) 금속부재 표면의 활성화 방법
CN105593394A (zh) 钢构件的氮化处理方法
JP5572251B1 (ja) 鉄鋼部材の表面硬化処理法及び表面硬化処理装置
Fakhurtdinov et al. Advantages and commercial application problems of vacuum carburization
KR20160041017A (ko) 기술적 설비 구성요소의 개별 켄칭 경화를 위한 장치
CN101187002A (zh) 减少内氧化的渗碳工艺
JP2017082037A (ja) 再生炭素繊維の製造方法および再生炭素繊維
JP6228403B2 (ja) 炭素鋼の表面硬化方法及び表面硬化構造
CN103361594A (zh) 一种钢制加工件表面渗碳氮化处理方法
JP2021042398A (ja) 窒化鋼部材並びに窒化鋼部材の製造方法及び製造装置
CN100588723C (zh) 钢带铅浴淬火回火生产线脱碳技术及其设备
KR102255186B1 (ko) 복합 열처리 장치
JP7436366B2 (ja) 水素接触用部品
CN108350516A (zh) 气体淬火方法
CN109295411A (zh) 一种q&p&t工艺下的汽车传动齿轮
CN106498132B (zh) 模具高压气淬工艺
WO2017169235A1 (ja) 中空スタビライザ製造方法及び中空スタビライザ製造装置
Rowan et al. Gas Carburizing
EP0430313A2 (de) Verfahren und Einrichtung zum Herstellen einer Schutzgasatmosphäre
KR101911622B1 (ko) 가스질화방법 및 가스질화장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant