CN113631730B - 淬火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种淬火方法，为了提高能够抑制变形的可能性，用淬火用的冷却剂即淬火冷却剂对淬火对象的被处理物进行冷却，通过使所述被处理物移动的移动装置，使所述被处理物移动至蓄积在冷却槽中的所述淬火冷却剂的内部，至少从所述被处理物与所述淬火冷却剂接触起到所述被处理物的表面发生马氏体相变为止，维持所述被处理物与所述淬火冷却剂的相对速度比所述被处理物的移动速度更慢的状态。

Description

淬火方法
技术领域
本发明涉及淬火方法。
背景技术
以往，已知将淬火对象的被处理物浸渍在冷却剂中，并冷却至马氏体相变温度以下的淬火方法。作为这种淬火技术，例如，可举出专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-2030号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在将被处理物浸渍在冷却剂中的情况下，与在浸渍结束的阶段与冷却剂接触的部位相比，在开始浸渍时与冷却剂接触的部位更先被冷却，因此，在冷却剂内冷却的被处理物的表面上在部位之间产生温度差。因表面上的部位的不同而产生温度差时，在部位之间热膨胀的程度不同，因此，被处理物会产生变形。在产生温度差的状态下进行冷却并在被处理物的表面形成马氏体时，被处理物的表面会变硬，变形不会被缓和。其结果，会在产生变形的状态下结束淬火。
本发明是鉴于上述课题而提出，其目的在于，提高能够抑制变形的可能性。
用于解决问题的手段
为了实现上述目的，一种淬火方法，用淬火用的冷却剂即淬火冷却剂对淬火对象的被处理物进行冷却，其中，通过使所述被处理物移动的移动装置，使所述被处理物移动至蓄积在冷却槽中的所述淬火冷却剂的内部，至少从所述被处理物与所述淬火冷却剂接触起到所述被处理物的表面发生马氏体相变为止，维持所述被处理物与所述淬火冷却剂的相对速度比所述被处理物的移动速度更慢的状态。
即，在淬火对象的被处理物与淬火冷却剂接触的状态下，通过热从被处理物向被处理物周围的淬火冷却剂移动来对被处理物进行冷却。因此，因热的移动而变暖的被处理物周围的淬火冷却剂因搅拌等而移动，被处理物周围的淬火冷却剂被替换为低温的淬火冷却剂时，会促进热交换，从而进行冷却。
具体而言，在通过移动装置使被处理物移动到淬火冷却剂内的情况下，最初接触淬火冷却剂的液面的部位与最后接触淬火冷却剂的液面的部位之间产生温度差。如此地，在产生温度差的状态下，被处理物周围的淬火冷却剂被替换为低温的淬火冷却剂时，会促进热交换，从而对最初接触的部位进行冷却。
在通过移动装置使被处理物移动的情况下，淬火冷却剂处于静止的状态时，随着被处理物的移动，被处理物周围的淬火冷却剂会被替换为低温的淬火冷却剂，因此会进行冷却。而且，在维持被处理物的温度差导致的变形的状态下被处理物的表面发生马氏体相变时，被处理物的表面硬化，在变形未消除的状态下会固定化。因此，变形在淬火结束后也会残留。
但是，如果是被处理物与淬火冷却剂的相对速度比被处理物的移动速度更慢的状态，与淬火冷却剂静止的状态相比，被处理物周围的淬火冷却剂替换为低温淬火冷却剂的程度减少。而且，在与淬火冷却剂接触的被处理物上，虽然使用淬火冷却剂开始急冷，但是，与被处理物接触的淬火冷却剂逐渐变暖，存在变暖的淬火冷却剂存在于被处理物周围的倾向。因此，在初期开始冷却的部位的冷却速度逐渐下降，之后开始冷却的部位周围的淬火冷却剂不变暖，成为之后开始冷却的部位的冷却速度增大的状态。其结果，与被处理物周围的淬火冷却剂被替换的结构相比，在被处理物上产生的变形更小。
另一方面，被处理物的表面发生马氏体相变时，被处理物变硬，因此，即使之后促进了急冷，淬火后也难以发生变形。因此，如果构成为，至少到被处理物的表面发生马氏体相变为止，通过维持被处理物与淬火冷却剂的相对速度比被处理物的移动速度更慢的状态来缓和冷却，则能够提高能够抑制淬火后残留于被处理物的变形的可能性。
附图说明
图1A是示意性地表示实施淬火方法的装置的图，图1B～图1D是示意性地表示淬火工序的图。
图2A、图2B是示意性地表示淬火工序的图，图2C、图2D是表示实施淬火方法的装置的例子的图。
图3是表示热处理工序的流程图。
图4是表示比较例和实施例的图。
图5是表示被处理物的硬度的图.
图6是表示被处理物的温度变化和马氏体分率的图。
图7是表示马氏体分率与变形量的关系的图。
图8A是示意性地表示实施淬火方法的装置的图，图8B～图8D是示意性地表示淬火工序的图。
图9A是表示热处理工序的流程图，图9B是表示实施淬火方法的装置的例子的图，图9C是表示预冷却的效果的图。
图10是表示进行了预冷却的情况下的被处理物的温度变化和马氏体分率的图。
具体实施方式
此处，按照下述顺序对本发明的实施方式进行说明。
(1)实施淬火方法的装置的结构；
(2)热处理工序；
(3)实施例；
(4)其他实施方式。
(1)实施淬火方法的装置的结构：
图1A是示意性地表示实施作为本发明的一个实施方式的淬火方法的装置的图。图1A中示出了装置的主要部分，作为用于驱动各部的机构和各部的形状等，可以采用各种结构。在图1A所示的装置中，具有通过使中空的长方体的一面开口而形成的冷却槽10。在本实施方式中，在冷却槽10中预先蓄积有淬火冷却剂W。只要淬火冷却剂W是能够与被处理物进行热交换的物质即可，在本实施方式中，淬火冷却剂W为水。当然，淬火冷却剂也可以为在水中溶解有各种材料的水溶液。
本实施方式中，实施淬火方法的装置具有使被处理物S升降的移动装置20。移动装置20具有支撑台21以及支撑部22，被处理物S载置于支撑台21。支撑台21由在冷却槽10的高度方向上延伸的支撑部22支撑。支撑部22与未图示的马达等驱动源连接，能够通过未图示的升降机构使支撑台21上下移动。当然，马达等驱动源可以由各种能量驱动，能够利用电动、油压驱动、气压驱动等各种能量。另外，动力传递机构也不限于马达等，也可以为线性马达等(以下相同)。另外，使被处理物S升降的结构能够采用各种结构。
在本实施方式中，驱动源能够使载置有被处理物S的支撑台21的升降速度变化，通过使对驱动源的控制信号变化，能够指定支撑台21的上升速度和支撑台21的下降速度。支撑部22从冷却槽10的底面朝向开口部侧沿着铅垂方向延伸。因此，支撑部22的下方浸渍在冷却槽10内的淬火冷却剂W中，通过使支撑台21上下移动，能够将支撑台21上的被处理物S浸渍在淬火冷却剂W中、或者将淬火冷却剂W内的被处理物S取出到外部。
另外，载置于支撑台21上的被处理物S的数量、载置方法(朝向)等可以为各种方式。例如，可以在支撑台21上安装托盘，在该托盘内配置多个被处理物S。在本说明书中，以被处理物S为一个的情况为例进行说明。当然，支撑台21、支撑部22等也可以具有各种特征，例如，为了使支撑台21能够容易地下降，支撑台21也可以形成为网孔或格子状。
在冷却槽10内设置有使淬火冷却剂W流动的流动装置30。流动装置30具有轴31和螺旋桨32。即，在冷却槽10中，在其侧面附近设置有沿侧面延伸的轴31。轴31能够以沿着铅垂方向平行的方向的线为中心旋转。轴31上连结有螺旋桨32，螺旋桨32在未图示的马达等驱动源的作用下旋转。
在本实施方式中，驱动源能够通过使螺旋桨32旋转来引起朝向铅垂方向的液流，在本实施方式中，引起朝向铅垂方向上方的流动。由螺旋桨32引起朝向铅垂方向上方的液流时，在液面附近液流沿水平方向分散。
在冷却槽10内设置有具有与铅垂方向平行的面的板状构件，板状构件的最上部存在于比液面更深的位置，板状构件的最下部存在于比冷却槽10的底更浅的位置。另外，板状构件的宽面相对地配置。因此，淬火冷却剂W引起的液流在板状构件的表面和背面沿相互相反的方向循环。因此，由螺旋桨32引起的液流在液面附近沿水平方向分散时，进一步在冷却槽10的中央附近向铅垂方向下方流动。然后，冷却槽10的中央附近的向铅垂方向下方的液流到达底面附近时，再次向侧面侧流动，向螺旋桨32侧循环。其结果，形成图1A中虚线箭头所示的液流。即，在冷却槽10中，形成在中央附近向铅垂方向下方流动且在冷却槽10的侧面附近向铅垂方向上方流动的循环流。此外，此处，只要能够形成该循环流即可，也可以配置除板状构件以外的构件，例如环状构件。
使轴31旋转的驱动源能够使轴31的转速变化，通过使对驱动源的控制信号变化，能够指定冷却槽10内的循环流的流速。在本实施方式中，构成为在被处理物S被浸渍的情况下，能够控制与被处理物S的侧面接触的部位的下方的液流Fd的流速。即，构成为根据对驱动源的控制指示指定流速时，与被处理物S的侧面接触的部位的淬火冷却剂W的下方的液流Fd的流速变为指定的流速。
在本实施方式中，被处理物S是经过渗碳处理后的部件。渗碳处理由图1A中未图示的渗碳处理装置执行即可，只要能够通过各种方式的炉加热被处理物S，使存在于被处理物S周围的碳渗入到被处理物S中即可。当然，对炉的结构也没有限定，可以是一边在炉内渗碳一边搬运被处理物S的结构等，也可以用存在于炉内的固定位置的被处理物S进行渗碳后取出。对渗碳的方式也没有限定，可以通过气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳、真空渗碳(真空气体渗碳)、等离子体渗碳等各种方式进行渗碳。任一种方式下，只要将进行渗碳后的被处理物S载置在支撑台21上进行淬火即可。
(2)热处理工序：
然后，对被处理物S的热处理工序(渗碳处理和淬火处理)进行说明。图3是表示本实施方式的热处理工序的流程图。在热处理工序中，将热处理对象的被处理物S设置于渗碳处理装置(步骤S100)。接着，进行渗碳处理(步骤S105)。渗碳处理的条件根据被处理物S的利用目的等来确定。例如，向设置有被处理物S的渗碳处理装置内导入预先确定的含碳物(气体等)，将被处理物S以预设的升温速度加热至目标温度。然后，被处理物S达到目标温度后，仅在规定的期间维持目标温度。
接着，将进行了渗碳处理的被处理物S设置于移动装置20(步骤S110)。即，将进行了渗碳处理的被处理物S载置于支撑台21。接着，将流速Vq设置为同步速度(步骤S115)。即，向用于使轴31旋转的驱动源输出控制信号，螺旋桨32开始旋转。此时，将与被处理物S的侧面接触的部位的淬火冷却剂W的下方的液流Fd的流速设定为同步速度。此处，同步速度是预先确定的速度，详细情况将在后面叙述。
接着，将被处理物的下降速度Ve设置为同步速度(步骤S120)。即，向使支撑台21移动的驱动源输出控制信号，其结果，支撑台21的下降速度Ve变为同步速度，与淬火冷却剂W的下方的液流Fd的流速相同。将同步速度预先设定为使支撑台21下降的下降速度Ve和与被处理物S的侧面接触的部位的淬火冷却剂W的下方的液流Fd的流速同步时的速度值。
即，在本实施方式中，在移动装置20中能够控制支撑台21的下降速度，利用能够通过螺旋桨32的旋转控制与被处理物S的侧面接触的部位的淬火冷却剂W的下方的液流Fd的流速的情况，使两个速度一致。其结果，被处理物S与淬火冷却剂W的液面接触，开始浸渍时，比淬火冷却剂W的液面更靠内侧的被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度变为0。
具体而言，由于被处理物S载置于移动装置20的支撑台21上，因此，被处理物S的可动方向与支撑台21的可动方向一致。因此，被处理物S的移动方向为朝向铅垂下方的方向。另一方面，在与被处理物S的侧面接触的部位淬火冷却剂W液流的方向在高度方向的大致整个区域也与铅垂方向平行且为朝向铅垂下方的方向。因此，被处理物S的移动方向和与被处理物S接触的淬火冷却剂W的液流的方向一致。
进一步，在本实施方式中，支撑台21的下降速度Ve和与被处理物S的侧面接触的部位的淬火冷却剂W的下方的液流Fd的流速Vq均为同步速度，是一致的。因此，比冷却剂液面更靠内侧的被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度为0。在本实施方式中，将该状态称为同步状态。下降速度Ve可以为任意的速度，被处理物S开始在冷却剂中浸渍，直至浸渍结束为止的期间越短，因被处理物S与冷却剂接触的时间差导致的温度差越小，越难以产生变形。因此，优选下降速度Ve尽可能快，例如能够为100mm/s～1500mm/s等速度。
在以上那样的同步状态下，被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度为0，被处理物S的移动速度为下降速度Ve。在该状态下，由于下降速度Ve大于0，因此，可以说该状态是被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度比被处理物的移动速度(下降速度Ve)更慢的状态。此外，由于难以严格控制或测定流速的方向，因此，液流的方向和速度可以存在误差，液流的方向和速度也可以不是测定结果而是控制目标量。
在步骤S115、S120中实现同步状态时，进行被处理物S的浸渍。即，在本实施方式中，从被处理物S开始浸渍之前(被处理物S与淬火冷却剂W的液面接触之前)开始，在淬火冷却剂W中形成方向与被处理物S的移动方向相同且速度与被处理物S的移动速度相同的液流。因此，在本实施方式中，在被处理物S与淬火冷却剂W的液面接触的阶段已经成为同步状态。
图1B是示意性地表示被处理物S浸渍之前的状态的图。此外，在图1B中，省略了移动装置20、轴31等的结构体(图1C～图2B等也是同样的)而示出。实现同步状态时，如图1B所示，在流速Vq和下降速度Ve同步的状态下，被处理物S逐渐接近淬火冷却剂W的液面。
在同步状态下，被处理物S下降，如图1C所示那样到达淬火冷却剂W的液面时，通过与淬火冷却剂W接触的部分的被处理物S的热移动至淬火冷却剂W来对被处理物S进行冷却。如图1C所示，被处理物S到达淬火冷却剂W的液面的状态为浸渍开始的状态。浸渍开始后，利用移动装置20持续移动，不久被处理物S的铅垂上方的面如图1D所示那样到达淬火冷却剂W的液面时，成为被处理物S整体浸入淬火冷却剂W的状态。被处理物S整体浸入淬火冷却剂W的状态为浸渍结束的状态。
在本实施方式中，开始浸渍，在浸渍结束后(例如，图2A所示的状态)同步状态也持续。在同步状态下，如图1B～图1D等所示，被处理物S向铅垂方向下方下降，另一方面，淬火冷却剂W的液面Sw不会沿铅垂方向移动(与进入液面内的被处理物S的体积相对应的液面上升除外)。因此，在图1C等中，被处理物S与淬火冷却剂W的液面Sw的相对速度不是0。另一方面，浸渍开始后，在液面Sw的内侧，淬火冷却剂W朝向铅垂方向下方流动。因此，在图1C所示的状态以后，如果是同步状态，则比淬火冷却剂W的液面Sw更靠内侧的被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度为0。
如上所述，当淬火冷却剂W的内部的被处理物S的移动和与被处理物S接触的淬火冷却剂W的移动同步时，与被处理物S接触来传递来自被处理物S的热的淬火冷却剂W与被处理物S一起移动，成为停留在被处理物S的周围的状态。因此，虽然用淬火冷却剂W开始对与淬火冷却剂W接触的被处理物S进行急冷，但如果维持同步状态，则与被处理物S接触的淬火冷却剂W逐渐变暖，不会促进冷却。
即，在被处理物S周围的淬火冷却剂W因搅拌等移动到其他位置的情况下，在被处理物S周围变为高温的淬火冷却剂W被置换为低温的淬火冷却剂W。但是，在同步状态下，与被处理物S接触而变为高温的淬火冷却剂W难以置换为低温的冷却剂，不能促进冷却。如果维持同步状态，则先到达淬火冷却剂W的液面后先开始冷却的部位的冷却速度逐渐变慢。另一方面，之后到达淬火冷却剂W的液面并开始冷却的部位的冷却速度比先开始冷却的部位的冷却速度更快。因此，如果维持同步状态，则在被处理物S的表面产生的温度差逐渐变小，能够抑制被处理物S的变形的产生。
而且，在被处理物S的表面的温度差被抑制且被处理物S的变形的发生被抑制的状态下，被处理物S的表面发生马氏体相变时，被处理物S的表面变硬，以后，被处理物S难以变形。因此，通过维持同步状态，能够在抑制变形的产生的状态下结束淬火。因此，在本实施方式中，在浸渍开始后经过规定期间的情况下，认为被处理物S的表面发生马氏体相变。
因此，通过步骤S115、S120开始浸渍被处理物S时，判定从被处理物S与淬火冷却剂W接触起是否经过了规定期间(步骤S125)。规定期间是从被处理物S与淬火冷却剂W接触起到被处理物S的表面发生马氏体相变为止的期间，该期间是预先确定的。该规定期间可以通过各种方法确定，在本实施方式中，确定为直至被处理物S的表面的马氏体分率达到规定的比率为止的期间。即，在被处理物S的表面形成马氏体的比率为阈值以上时，可看作被处理物S的表面发生了马氏体相变。
马氏体分率可以由被处理物S中容许的变形的程度确定，例如，能够采用将被处理物表面的马氏体分率达到28％为止的期间设为规定期间的结构。根据该结构，能够将被处理物S中产生的变形减小到大致极限(详细情况在后面叙述)。此外，此处，马氏体分率P(t)如下表现。
P(T)＝1-exp(-b(Ms-T))
T：温度
Ms：马氏体相变开始温度
b：由材质、碳浓度确定的常数(例如SCM420，母材中渗碳至b＝0143、08(质量％)的表面碳浓度时b＝0.01)。
在步骤S125中，任一种方式下，均根据规定期间确定被处理物S的表面是否发生了马氏体相变。另外，在判定从被处理物S与淬火冷却剂W接触起是否经过了规定期间时，期间的开始可以用各种方法确定。例如，可以通过未图示的传感器等检测被处理物S与淬火冷却剂W接触，也可以在支撑台21从初始位置以下降速度Ve下降时测定被处理物S从初始位置移动到与淬火冷却剂W接触的位置的时间。
在步骤S125中，判定为从被处理物S与淬火冷却剂W接触起经过了规定期间时，将流速Vq设置为急冷速度(步骤S130)，将被处理物的下降速度Ve设置为0(步骤S135)。即，在本实施方式中，从被处理物S与淬火冷却剂W接触起仅在规定期间维持同步状态，在规定期间以后停止移动装置20中的支撑台21的下降，从而停止同步状态(图2B所示的状态)。其结果，促进被处理物S周围的淬火冷却剂W的循环，促进热从被处理物S向淬火冷却剂W流出。因此，能够更高速地进行冷却。
另外，只要将步骤S130中设置的流速Vq即急冷速度预先确定为同步状态停止后用淬火冷却剂W促进热交换时的流速即可。在该范围内，可以与同步速度相同，也可以不同。在急冷速度与同步速度相同的情况下，步骤S130能够省略。在步骤S135中，为了停止同步状态，将下降速度Ve设为0，当然也可以是其他值。例如，如果构成为使支撑台21一点点上升，淬火结束时被处理物S从淬火冷却剂W中出来，则能够缩短淬火结束后使被处理物S上升所需的期间。
任一种方式下，通过步骤S130、S135停止同步状态时，待机直至淬火结束(步骤S140)。淬火的结束可以通过各种条件来确定，例如，能够采用以经过规定时间为条件的结构等。
在步骤S140中，判定为淬火结束时，使被处理物上升(步骤S150)。即，对移动装置20进行控制，使支撑台21上升。由此，被处理物S浸渍在淬火冷却剂W中的状态结束，热处理工序结束。当然，该冷却工序是一个例子，之后也可以进行回火、退火、高频加热等热处理。
此外，在本实施方式中，在从浸渍开始前经过浸渍结束到淬火结束为止的期间，将支撑台21的下降速度Ve设为恒定，当然下降速度Ve等也可以是可变的。例如，也可以构成为在从浸渍开始到浸渍结束为止的期间，设为用于在早期结束从浸渍开始到浸渍结束的期间的下降速度，在浸渍开始后或浸渍结束后连续地或阶段性地使下降速度变化等。即，能够采用分别控制从浸渍开始到浸渍结束的控制和浸渍结束后的控制的结构。即，只要被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度维持在比被处理物S的移动速度更慢的状态(0＜Vq＜2Ve)，就可以以各种速度进行控制。
(3)实施例：
然后，说明通过上述热处理工序进行淬火时的被处理物S的特性。图4是表示在使利用SCM20形成的圆柱状的轴(直径36mm、轴长148mm)的轴向垂直于铅垂方向的状态下载置于支撑台21并进行淬火时的例子的图。即，图4中示出了通过不同的淬火工序对相同的材料进行淬火时的条件和在各条件下制造的轴的特性。
比较例中的冷却剂是淬火油，比较例是在不实现同步状态下利用热油进行淬火时的例子。实施例1～实施例4的各淬火冷却剂W为淬火油(热油)、淬火油(冷油)、水。此外，冷却剂的热传递率为热油：3800W/(m2·K)、冷油：7500W/(m2·K)、水：11000W/(m2·K)。
在图4中，关于比较例以及实施例1～实施例4，分别示出了淬火温度(℃)、被处理物S的下降速度Ve(mm/s)、淬火冷却剂W的流速Vq(mm/s)、淬火冷却剂W的温度(℃)、同步时间(s)。此处，淬火温度是被处理物S与淬火冷却剂W的液面接触之前的温度。下降速度Ve和流速Vq的铅垂方向向下为正向。淬火冷却剂W的温度中的常温为25℃。
同步时间是从被处理物S与淬火冷却剂接触起到下降速度Ve为0为止的时间。即，在实施例1～实施例4中，在同步状态下Ve＝Vq，经过同步时间时Ve＝0。因此，在实施例1～实施例4中，对于同步时间，从被处理物S与淬火冷却剂接触起到被处理物S的表面发生马氏体相变为止的规定期间分别为280秒、260秒、10秒、3秒。
比较例是将被处理物S的下降速度Ve设为200mm/s，在120℃的淬火油中保持300秒后，将被处理物S从淬火油中取出时的例子。此外，在比较例中，为了提高冷却速度，设为Vq＝-200mm/s，搅拌淬火油。实施例1是将淬火油温度设为120℃，将被处理物S的下降速度Ve设为200mm/s，将淬火油的流速Vq设为200mm/s，使同步状态持续280秒，然后，将下降速度Ve设为0，将流速Vq设为200mm/s来结束同步状态时的例子。实施例2是将淬火油温度设为80℃，将被处理物S的下降速度Ve设为200mm/s，将淬火油的流速Vq设为200mm/s，使同步状态持续260秒，然后，将下降速度Ve设为0，将流速Vq设为200mm/s来结束同步状态时的例子。
实施例3是将水的温度设为常温，将被处理物S的下降速度Ve设为200mm/s，将水的流速Vq设为200mm/s来持续10s同步状态，然后，将下降速度Ve设为0、将流速Vq设为200mm/s来结束同步状态时的例子。
在各实施例中，在结束同步状态的状态下，将被处理物S保持在淬火冷却剂W内直至被处理物S的表面与内部的温度差消失为止后，取出被处理物S。但是，在本实施例中，在结束同步状态的阶段，由于在被处理物S的表面形成有马氏体，因此，在结束同步状态的状态下应保持在淬火冷却剂W内的期间不会对被处理物S的变形量产生较大的影响。
在图4中，作为通过以上的比较例和实施例得到的被处理物S的特性，示出了变形量(弯曲量)(μm)、表面硬度(Hv)、有效硬化深度(mm)、内部硬度(Hv)。变形量表示被处理物S的圆柱轴在铅垂方向上弯曲了哪种程度，其表示铅垂方向上的被处理物S的圆柱轴的最上部与最下部的距离。表面硬度是被处理物S的表面的维氏硬度的平均值。有效硬化深度是维氏硬度为规定值(本例中为513Hv)的深度的平均值。内部硬度是被处理物S的中心的维氏硬度。
在以上的例子中，将比较例和实施例进行比较时，无论淬火冷却剂W是什么种类，变形量均为3μm以下，非常小。另一方面，在像比较例那样未实现同步状态的情况下，发生7μm的变形，产生比任一实施例更大的变形。因此，通过从被处理物与淬火的冷却剂接触起到被处理物的表面发生马氏体相变为止维持同步状态，从而能够抑制被处理物S产生的变形量。
进一步，将淬火冷却剂W为油的情况(例如，比较例、实施例1和实施例2)和淬火冷却剂W为水以上的热传递率的冷却剂的情况(例如，实施例3和实施例4)进行比较时，在用相同材料进行淬火的情况下，与淬火冷却剂W为油的情况相比，在淬火冷却剂W为水以上的热传递率的冷却剂的情况下，能够使有效硬化深度变深。具体而言，在淬火冷却剂W为水的情况下，淬火冷却剂W的热传递率比油更大，因此，能够更有效地进行冷却。
通过淬火前的渗碳处理在轴上形成奥氏体后，进行急冷时形成马氏体，但该冷却的冷却速度越快，越能够高效地形成马氏体。因此，与淬火冷却剂W为淬火油的情况相比，在淬火冷却剂W为水的情况下，能够高效地进行马氏体相变。其结果，在淬火冷却剂W为水的情况下，与淬火冷却剂W为淬火油的情况相比，得到具有同等表面硬度的被处理物S所需要的同步时间非常短。
此外，利用水作为淬火冷却剂W时，与利用淬火油的情况相比，能够使相同材料的被处理物S的有效硬化深度变深。图5是表示比较例和实施例3的硬度的图，横轴表示距中心的距离，纵轴表示维氏硬度。此外，中心是被处理物S的圆柱轴，从该圆柱轴到最下部的距离用负值表示，从圆柱轴到最上部的距离用正值表示。
如图所示，从被处理物S的表面到内部的整个区域，与实施例3相比，比较例的维氏硬度更小。其结果，可以说与实施例3相比，比较例的有效硬化深度更浅。如上所述，在对相同材料的被处理物S进行淬火时，若使用水作为淬火冷却剂W，则能够得到比使用淬火油更硬且有效硬化深度更深的被处理物S。
如上所述，与油相比，水能够更高效地冷却，因此，能够缩短得到相同的有效硬化深度的被处理物S所需的渗碳处理的时间。如果利用水得到与淬火油同等的有效硬化深度，则即使淬火对象的被处理物S表面的碳浓度低也是充分的。因此，与淬火冷却剂W为淬火油的情况相比，渗碳处理所需的时间可以更少。特别是，由于渗碳时间与渗碳深度的平方成比例，因此，只要是与在淬火冷却剂W为油的情况下得到的被处理物S同等的有效硬化深度即可，能够显著缩短渗碳处理所需的时间。其结果，能够抑制用于进行渗碳处理的时间和金钱成本。
此外，如果渗碳处理的时间变短，能够将被处理物S表面的碳浓度低的部件作为被处理物S，则也能够抑制用于准备该部件的成本。即，预先准备渗碳的部件作为被处理物S，在加热到奥氏体化温度后进行冷却的情况下，与使用必须预先提高碳浓度的淬火油的淬火相比，淬火前的被处理物S是柔软的材质，因此，容易进行用于得到被处理物S的加工。因此，抑制了制造被处理物S时的加工成本。
作为同步状态的持续期间的规定期间，只要选择在淬火结束后被处理物S上残留的变形量降低即可。即，如果持续同步状态直至至少被处理物S的表面发生马氏体相变，则会提高能够抑制淬火结束后被处理物S上残留的变形的可能性。但是，也可以根据容许的变形量控制持续同步状态的规定期间。
图6是表示上述实施例3中的被处理物S的温度变化和马氏体分率的图。此外，横轴用对数表示时间，左纵轴表示温度，右纵轴表示马氏体分率。在图6中，在该图中，示出了被处理物S与淬火冷却剂W接触起每经过一段时间的被处理物S的温度和马氏体分率的推移。
此外，在图6中，用实线表示被处理物S的最下部的表面的温度以及马氏体分率。另外，用单点划线表示被处理物S的最上部的表面的温度以及马氏体分率，用双点划线表示被处理物S的内部(中心)的温度以及马氏体分率。
被处理物S开始浸渍时，如图6所示，成为被处理物S的最下部的表面与最上部的表面产生温度差的状态。在该状态下，被处理物S浸渍在淬火冷却剂W中时，在被处理物S的最下部的表面与最上部的表面产生温度差的状态下逐渐冷却。但是，在实施例3中，由于形成同步状态，因此，在最下部和最上部产生的温度差逐渐消除，在图6所示的例子中，直至被处理物S的表面的温度达到该表面的马氏体相变开始温度(图6中，记作渗碳层Ms点)为止，温度差消除。因此，在被处理物S的最下部和最上部的热膨胀等的状态下差异少，成为难以产生变形的状态。在本实施方式中，如上所述，在被处理物S的铅垂方向的上下不产生温度差的状态下，被处理物S的表面为马氏体相变开始温度以下。
被处理物S的表面为马氏体相变开始温度以下时，在被处理物S的表面形成马氏体。即，如图6所示，同步状态下的时间经过5～6秒左右时，在被处理物S的表面形成马氏体。另外，被处理物S的表面的马氏体分率随着时间上升。如上所述，在被处理物S的表面形成马氏体时，被处理物S的表面变硬，具有抑制变形的作用，因此，不需要持续同步状态直至马氏体分率过多，可以确定同步状态的持续时间，以抑制在被处理物S要求的变形量的范围。
图7是以横轴为同步状态的持续时间，以纵轴为变形量和表面的马氏体分率来表示的图。此外，图7表示对于与实施例3相同的被处理物S，在与图4所示的条件相同的条件下使同步状态的持续时间变化时，被处理物S中产生的变形量发生变化的情况。此外，图7所示的被处理物S的变形量是在淬火结束后被处理物S完成的状态下的变形量，在图7所示的图中用实线和左纵轴表示。另外，图7所示的被处理物S的表面的马氏体分率是同步状态结束阶段的值，在图7所示的图中用虚线和右侧的纵轴表示。
如图7所示，持续同步状态的规定期间(同步时间)越长，在被处理物S的表面形成的马氏体的比率即马氏体分率越上升。淬火结束后被处理物S上残留的变形量随着同步状态持续的规定期间变长而减少。但是，如果变形量减小到极限值(在图7所示的例子中为1μm)，之后变形量不会减小。在图7所示的示例中，同步状态的持续期间大于10秒时，变形量的变化减缓，以后即使延长同步状态的持续期间也没有显著的变化。如此地，对变形量的变化大致恒定的阶段的马氏体分率进行分析时，明确了马氏体分率为28％。因此，如果构成为将被处理物表面的马氏体分率为28％以上的状态看作被处理物的表面发生马氏体相变的状态，并在该状态下使同步状态停止，则能够将被处理物S的变形设为大致最小。
另一方面，在被处理物S的变形量的容许范围更大的情况下，能够进一步缩短同步状态的持续时间。例如，使变形量相对于同步状态的持续时间为0秒的状态(图7所示的以往淬火)的变形量为1/15(图7所示的6.3μm)所需的同步状态的持续时间为图7所示的T1。该持续时间内的马氏体分率为6.8％。因此，在不进行同步状态的情况下，想要使被处理物S产生的变形为1/15以下时，只要使同步状态持续直至马氏体分率达到6.8％为止即可。
另外，使变形量相对于同步状态的持续时间为0秒的状态的变形量为1/20(图7所示的4.7μm)所需的同步状态的持续时间为T2。该持续时间下的马氏体分率为14.5％。因此，在不进行同步状态的情况下，想要使被处理物S产生的变形为1/20以下时，只要使同步状态持续直至马氏体分率达到14.5％为止即可。
进一步，使变形量相对于同步状态的持续时间为1秒的状态的变形量为1/30(图7所示的3.1μm)所需的同步状态的持续时间为T3。该持续时间内的马氏体分率为21.5％。因此，在不进行同步状态的情况下，想要使被处理物S产生的变形为1/30以下时，只要使同步状态持续直至马氏体分率达到21.5％即可。
(4)其他实施方式：
以上的实施方式是用于实施本发明的一个例子，除此之外，还能够采用其他各种实施方式。例如，被处理物并不限于轴，齿轮、建筑用的部件等各种物品也可以为被处理物。另外，作为淬火时的被处理物的姿势，可以采用各种姿势。例如，在许多轴中，轴长比直径更长，因此，如上所述，在轴的轴线垂直于铅垂方向的姿势下，以被处理物的高度变为最低的载置方式载置于支撑台21来进行淬火。但是，如果是被处理物的高度变为最高的载置方法，例如，只要是轴长比直径更长的轴，也可以在轴向与铅垂方向平行的状态下载置于支撑台21来进行淬火。
只要淬火是将金属加热至规定的温度后使其急冷的热处理即可，作为被处理物，也可以假设各种材料。例如，像上述实施方式那样，不限定于将渗碳处理后的钢急冷的淬火，也可以是预先准备含有碳的钢，并在对该钢加热后急冷的淬火。另外，被处理物也可以是实施了渗碳渗氮的材料、实施了渗氮的材料。
进一步，只要被处理物是淬火对象即可，对材质没有限定。例如，各种铁钢材、一般压延钢材、碳钢材、合金钢、渗碳用钢、工具钢、弹簧钢、轴承钢、热轧钢板、冷轧钢板、碳钢铸钢制品能够为被处理物。进一步，JIS、SAE、DIN等材料标准定义的铁钢材料例如JIS S35C、JIS S45C、JIS SCM440、JIS SCM420、JIS SCM415、JIS SCR440、JIS SCR420、MSB20、DEG、AG20等能够为被处理物。另外，对这些材料实施渗碳处理、渗碳渗氮处理、渗氮处理而得到的材料也能够为被处理物。
只要移动装置能够通过使被处理物移动来使被处理物浸渍在蓄积于冷却槽的淬火冷却剂的内部即可。移动装置可以通过各种结构实现，例如，可以是能够使被处理物从将被处理物配置于比淬火冷却剂的液面更靠上方的状态向比液面更靠下方移动的各种装置。被处理物的移动方向可以与铅垂方向平行，也可以不同。移动速度可以是可变的。但是，在该情况下，也维持被处理物与淬火冷却剂的相对速度比被处理物的移动速度更慢的状态。
只要至少从被处理物与淬火冷却剂接触起到被处理物的表面发生马氏体相变为止，维持被处理物与淬火冷却剂的相对速度比被处理物的移动速度更慢且冷却被缓和的状态即可。即，被处理物与淬火冷却剂接触时，冷却从该部分开始，因此，表面的温度开始产生差异。因此，在该阶段，优选成为冷却被缓和且能够抑制变形的状态。
另外，只要维持冷却被缓和且能够抑制变形的状态，直至被处理物的表面发生马氏体相变即可。即，表面发生马氏体相变时，被处理物的表面硬化，因此，即使随后急冷，被处理物也难以发生变形。因此，被处理物的表面发生马氏体相变后，可以进一步急冷，例如，被处理物与淬火冷却剂的相对速度可以为被处理物的移动速度以上。
当然，也可以在被处理物的表面发生马氏体相变后，停止通过移动装置使被处理物移动。在该情况下，能够采用持续进行使淬火冷却剂流动的流动装置的动作等，来促进被处理物周围的淬火冷却剂替换的结构。
只要被处理物与淬火冷却剂的相对速度比被处理物的移动速度更慢即可。因此，如上述实施方式那样，除了控制流动装置的动作以使被处理物与淬火冷却剂的相对速度变为0的结构以外，还能够采用各种结构。即，在通过移动装置使被处理物移动的过程中，只要以具有与该被处理物相同方向的成分的速度矢量使淬火冷却剂移动即可。
只要表面发生马氏体相变的状态是通过该马氏体使被处理物难以产生变形的状态即可。这种状态可以通过各种方法定义，例如，也可以通过渗碳开始后的经过时间定义，也可以通过被处理物的温度定义，还可以通过表面的马氏体分率定义。即，通过马氏体相变使得被处理物变硬且难以受到变形影响的状态能够因被处理物的组成等变动，但如果预先针对每个被处理物确定经过时间、温度、马氏体分率，则通过维持缓和冷却的状态直至达到该状态，能够认为表面发生马氏体相变。
只要浸渍是将被处理物浸入冷却剂的处理即可。即，只要进行淬火以通过从被处理物周围不存在冷却剂的状态变化为被处理物浸入冷却剂的状态来使被处理物的热移动至冷却剂即可。浸渍并不限于如上所述地被处理物浸渍于冷却槽中蓄积的冷却剂的处理。例如，也可以为通过使冷却剂流入内部配置有被处理物的空冷却槽进行被处理物的浸渍的结构。
即，也可以为如下结构：在具有使蓄积的淬火冷却剂流动的流动装置的冷却槽的内部配置有被处理物的状态下，开始淬火冷却剂在冷却槽中的蓄积，至少从被处理物与淬火冷却剂接触起到被处理物的表面发生马氏体相变为止，不通过流动装置进行淬火冷却剂的流动，被处理物的表面发生马氏体相变后通过流动装置进行淬火冷却剂的流动。
图8A是表示实现这种结构的装置的例子的图。在图8A所示的装置中，具有通过使中空的长方体的一面开口形成的冷却槽100。在本实施方式中，淬火冷却剂W不会预先在冷却槽100中蓄积，在初期，冷却槽100为空。在空的状态的冷却槽100的内侧，由未图示的支撑部支撑被处理物S。此外，在本实施方式中，冷却槽100为空，如果是不与被处理物S接触的状态，在初期，可以在冷却槽100中蓄积淬火冷却剂W。
在本实施方式中，也设置了对淬火冷却剂W流入冷却槽100后的淬火冷却剂W的流速进行控制的流动装置30(轴31和螺旋桨32)。该结构与图1A所示的结构相同，在冷却槽100中，在该侧面附近，设置有沿着侧面延伸的轴31。螺旋桨32与轴31连结，螺旋桨32通过未图示的马达等驱动源进行旋转。当然，与图1A所示的结构同样地，也可以在冷却槽100内设置板状构件。
淬火冷却剂W流入冷却槽100后，驱动源能够通过使螺旋桨32旋转引起朝向铅垂方向的液流，在本实施方式中，引起朝向铅垂方向上方的液流。而且，轴31和螺旋桨32相对于通过冷却槽100的中央且在铅垂方向上延伸的线L存在于对称的位置，因此，由螺旋桨32引起朝向铅垂方向上方的液流时，在液面附近，液流在水平方向上分散，在冷却槽100的中央附近向铅垂方向下方流动。其结果，形成与图1A同样的循环流。使轴31旋转的驱动源能够使轴31的转速变化，通过使对驱动源的控制信号变化，能够指定冷却槽100内的循环流的流速。
在本实施方式中，设置有使淬火冷却剂W流入冷却槽100的流入通道200。流入通道200与未图示的淬火冷却剂W的罐连接，具有调节通过流入通道200内的淬火冷却剂W的量的泵以及阀。另外，流入通道200的一端朝向冷却槽100的开口部，当阀打开时，淬火冷却剂W从该一端流入冷却槽100的内部。
因此，使淬火冷却剂W从流入通道200流入冷却槽100，并使淬火冷却剂W流入超过被处理物S的最上部的高度的水位时，能够进行被处理物S的浸渍。此外，在本实施方式中，流入通道200具有的阀能够调节淬火冷却剂W的流量。因此，通过流入通道200调节淬火冷却剂W的流量，能够调节从支撑在冷却槽100的内部的被处理物S开始浸渍到浸渍结束之间的液面的上升速度。
在该结构中，通过变更图3所示的热处理工序的一部分能够进行淬火。具体而言，能够通过执行图9A所示的热处理工序进行淬火。此外，在图9A中，与图3相同的工序用与图3相同的附图标记表示。在图9A所示的热处理工序中，也通过步骤S100～S105进行渗碳处理。然后，将被处理物设置在冷却槽100的内侧(步骤S200)，通过流入通道200开始淬火冷却剂W的流入(步骤S205)。此时，预先确定淬火冷却剂W的流量，以使液面的上升速度达到规定值，并以该流量进行淬火冷却剂W的流入。
在淬火冷却剂W开始流入时，在冷却槽100内，淬火冷却剂W逐渐蓄积，不久像图8B所示那样淬火冷却剂W到达被处理物S的最下部。该状态为被处理物S的浸渍开始。淬火冷却剂W持续流入时，不久淬火冷却剂W到达被处理物S的最上部。该状态为浸渍结束。在本实施方式中，之后也持续流入淬火冷却剂W，淬火冷却剂W的水位达到规定高度时，淬火冷却剂W停止流入。图8C是表示淬火冷却剂W停止流入的状态的图。
此外，在本实施方式中，淬火冷却剂W流入时，不进行图3所示的步骤S115，浸渍开始后，螺旋桨32不旋转。因此，在淬火冷却剂W中不会引起铅垂方向的液流。另一方面，被处理物S在冷却槽100的内侧被支撑，至少在该阶段不会沿铅垂方向移动。因此，在本实施方式中，如图8C所示，比淬火冷却剂W的液面Sw更靠内侧(下方)的被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度也为0。可以说该状态是被处理物S与淬火冷却剂W的相对速度比被处理物S的移动速度更慢的状态。因此，向冷却槽100内导入淬火冷却剂W时，在同步状态下淬火冷却剂W蓄积，在浸渍结束后也为同步状态。
在该同步状态下执行步骤S125，判定为经过规定期间时，执行步骤S130，如图8D所示，对冷却槽100内的淬火冷却剂W进行搅拌。然后，在步骤S140中判定为淬火结束时，进行取出被处理物S的工序(步骤S210)。该工序也可以为将被处理物S搬运至冷却槽100的外部的工序，也可以为从冷却槽100(例如，利用未图示的排出口)排出淬火冷却剂W的结构等。
根据以上结构，能够在不设置通过能够调节下降速度的机构使被处理物S升降的装置的情况下进行淬火。在本例中，规定期间是从被处理物S与淬火冷却剂W接触起到被处理物S的表面发生马氏体相变为止的期间，只要预先确定即可。例如，能够采用将被处理物S的表面的马氏体分率达到规定的比率为止的期间确定为规定期间的结构等。
在本实施方式中，能够将淬火冷却剂W流入且液面与被处理物S交叉的状态看作浸渍过程，液面到达被处理物S的上方时，能够看作在同步状态下进行淬火。因此，本例中的淬火也是与上述实施例1～实施例4相同的原理的淬火。例如，调节淬火冷却剂W的流量以使液面的上升速度达到200mm/s时，以与使用移动装置20的被处理物S的下降速度为200mm/s的实施例1～实施例3同等的速度进行浸渍，以同步状态进行冷却。因此，只要从被处理物S与液面接触起的规定期间是与实施例1～实施例3同等的期间，就能够实施与这些实施例定性地相同的淬火。
因此，能够抑制被处理物S发生变形。进一步，至少直至被处理物S的表面发生马氏体相变为止，能够容易地实现维持同步状态的热处理工序。进一步，被处理物S的表面发生马氏体相变后，通过流动装置使淬火冷却剂流动，因此，能够抑制变形的发生，并且在早期结束淬火。
进一步，也可以在热处理工序中附加各种工序。例如，在浸渍或淬火前，可以以预先抑制被处理物S的上下的温度差为目的进行辅助冷却。辅助冷却可以通过各种方法进行。例如，能够采用通过对被处理物S施加作为从多个喷嘴喷出的辅助冷却用冷却剂的辅助冷却剂来进行辅助冷却的结构。在该情况下，在被处理物S的表面达到马氏体相变开始温度前停止被处理物的辅助冷却后，用淬火冷却剂将被处理物冷却至马氏体相变开始温度以下。
这种结构例如能够通过图2C所示的装置来实现。图2C所示的装置能够通过在图1A所示的装置中加入喷淋器25来实现。即，在图2C中，用与图1A相同的附图标记记载的结构是与图1A相同的结构。喷淋器25具有多个喷嘴，连接有未图示的配管。配管与蓄积了作为辅助冷却用冷却剂的辅助冷却剂的未图示的罐和泵连接，通过开闭与配管连接的压力调节阀，从各喷嘴喷出辅助冷却剂，另外，能够停止喷出。在图2C中，通过被处理物S的周围的虚线示出从喷嘴喷出的辅助冷却剂。此外，只要辅助冷却剂是能够与被处理物进行热交换的物质即可，辅助冷却剂和淬火冷却剂W相同，例如，可以采用二者均为水、或者二者均为淬火油的结构。
在本实施方式中，对被处理物S的多个面施加从各喷嘴喷出的辅助冷却剂。在图2C所示的例子中，示意性地示出了对被处理物S的上表面和侧面施加辅助冷却剂，当然也可以对被处理物S的下表面施加辅助冷却剂。在该情况下，能够采用支撑台21具有喷嘴且对被处理物S施加从该喷嘴喷出的辅助冷却剂的结构等。
此外，施加从喷淋器25的喷嘴喷出的辅助冷却剂的部位并不限定于图2C所示的部位。但是，在不会通过喷淋器25进行辅助冷却的状态下将被处理物S浸渍在淬火冷却剂W中时，在被处理物S的表面，沿着被处理物S的移动方向(即，图2C所示的上下(铅垂)方向)产生温度差。因此，优选施加从喷淋器25的喷嘴喷出的辅助冷却剂以到达至少从铅垂方向上的被处理物的最上部到最下部的范围。
在图2C所示的例子中，优选在从被处理物S的最上部到最下部的侧面的整个区域施加从喷淋器25喷出的辅助冷却剂。根据该结构，能够同时辅助冷却从被处理物S的最上部到最下部的侧面的整个区域。因此，在被处理物S通过移动装置20移动而与淬火冷却剂W的液面接触阶段，缓和了在作为接触的部位的最下部和距最下部最远的被处理物S的最上部产生的温度差。因此，通过浸渍能够抑制被处理物S的表面产生的温度差导致的变形的产生。
根据这种装置，能够在图3所示的热处理工序中加入喷淋器的开始工序的工序中进行淬火。例如，在图3所示的热处理工序中，在步骤S110与步骤S115之间，只要添加喷淋器的开始工序即可。即，在步骤S110与步骤S115之间从喷淋器25的喷嘴开始辅助冷却剂的喷出。
其结果，如图2C所示，从喷淋器25的喷嘴喷出辅助冷却剂，同时对从被处理物S的最上部到最下部的侧面的整个区域进行辅助冷却。因此，在被处理物S的表面，最上部与最下部几乎不产生温度差，在开始浸渍在淬火冷却剂W中前，能够维持最上部与最下部几乎不产生温度差的状态并且降低被处理物S的温度。
此外，在本实施方式中，从喷淋器25喷出的辅助冷却剂施加给被处理物S后落下并在冷却槽10中蓄积。本实施方式中，辅助冷却剂与在冷却槽10中蓄积的淬火冷却剂W相同。因此，不需要用于防止从喷淋器25喷出的辅助冷却剂与淬火冷却剂W混合的结构。根据以上结构，在浸渍开始的时刻，用从喷淋器25喷出的辅助冷却剂对被处理物S进行辅助冷却。因此，与在不进行辅助冷却的状态下开始浸渍的结构进行比较，被处理物S的侧面的最上部与最下部的温度差降低。因此，与不进行辅助冷却的情况相比，在浸渍开始时能够降低被处理物S的表面产生的温度差。
当然，进行以上那样的辅助冷却的结构并不限定于通过移动装置20使被处理物S下降来进行浸渍的图2C所示的结构，也可以适用于通过将冷却剂蓄积在冷却槽中进行浸渍的结构。在图2D中，示出了在空的冷却槽101的内侧设置有与图2C所示的喷淋器25相同的喷淋器250的结构。也可以为如下结构：通过用该结构中的喷淋器250喷出辅助冷却剂进行辅助冷却，通过在冷却槽101中蓄积辅助冷却剂进行浸渍。在该情况下，浸渍结束时，喷淋器250停止而成为同步状态。被处理物S的表面发生马氏体相变之后停止同步状态。用于停止同步状态的结构可以为各种结构，例如，也可以设置与图2C相同的流动装置30，可以为通过从喷淋器250喷出辅助冷却剂实质上搅拌被处理物S周围的冷却剂的结构。
进行抑制以上那样的被处理物S的表面的温度差的辅助冷却时，与不进行辅助冷却的情况相比，能够进一步抑制被处理物S产生的变形。图9C示出了在使与图4所示的实施例1～实施例4相同的轴的轴向垂直于铅垂方向的状态下通过图2C所示的装置浸渍在冷却剂中，在不使流动装置30动作的情况下直至淬火结束保持的样品的变形量。样品A是在不使用喷淋器25进行辅助冷却的情况下浸渍的例子，样品B是在使用喷淋器25进行辅助冷却后浸渍的例子。
在图9C所示的样品A、样品B中，冷却剂也为水，热传递率为11000W/(m2·K)。在图9C中，对于样品A和样品B示出了淬火温度(℃)、被处理物S的下降速度Ve(mm/s)、淬火冷却剂W的温度(℃)、喷淋时间(秒)。此处，淬火温度是被处理物S与淬火冷却剂W的液面接触前的温度。淬火冷却剂W的温度中的常温为25℃。喷淋时间是从开始使用喷淋器25进行辅助冷却到被处理物S的最下部与冷却剂W的液面Sw接触为止的时间。
对于样品A、样品B，将在浸渍结束的阶段(被处理物S到达淬火冷却剂W的液面下的阶段)被处理物S产生的变形看作浸渍后变形，将在淬火结束阶段被处理物S产生的变形看作淬火后变形量。图9C所示的变形量(μm)示出了在淬火结束后作为被处理物S的轴产生的变形。此处，变形量也示出了被处理物S的圆柱轴在铅垂方向上弯曲何种程度，示出了铅垂方向的被处理物S的圆柱轴的最上部与最下部的距离。因此，图9C所示的变形量示出了被处理物S产生的变形的最大值。
将样品A和样品B进行比较时，对于浸渍后变形量，样品A为22μm，相对于此，样品B为1μm。对于淬火后变形量，样品A为94μm，相对于此，样品B为0.7μm。因此，进行辅助冷却时，与不进行辅助冷却的情况相比，具有抑制变形量的效果。因此，在上述实施方式中，只要在进行浸渍前通过喷淋器25进行辅助冷却，就能够抑制被处理物S产生的变形量。
进一步，也可以在浸渍或淬火前以预先抑制被处理物S的表面与内部的温度差为目的进行预冷却。预冷却可以通过各种装置进行，也可以为在用淬火冷却剂对被处理物进行冷却前，用气体状的预冷剂对被处理物进行预冷却的结构。气体状的预冷剂喷射到被处理物S的结构可以为各种结构，例如，可举出在与图2C所示的结构同样的结构中喷淋器25置换为以气体状喷出预冷剂的气体喷出装置的结构等。在本实施方式中，即使气体状的预冷剂与被处理物S进行热交换也不会液化，因此，即使淬火冷却剂W是水、油，它们也不会混合。
与用液体的预冷剂进行冷却的情况相比，用这种气体状的预冷剂进行的预冷却的冷却速度慢得多。因此，能够在被处理物S的表面和内部不会产生较大温度差的情况下进行预冷却。因此，能够抑制在被处理物S的表面和内部产生的温度差导致产生的被处理物S的伸长。
图10是与图6相同的图，其是表示用N2气体对与上述实施例3相同的材料和温度的被处理物S进行预冷却的情况的温度变化和马氏体分率的图。此处，横轴用对数表示时间，左纵轴表示温度，右纵轴表示马氏体分率。
在图10中，用实线表示被处理物S的最下部的表面的温度以及马氏体分率。另外，用单点划线表示被处理物S的最上部的表面的温度以及马氏体分率，用双点划线表示被处理物S的内部(中心)的温度以及马氏体分率。
在图10中，示出了用N2气体将850℃的被处理物S预冷却10秒左右的例子，在该预冷却中，在被处理物S的表面不会产生温度差。另一方面，在被处理物S的表面和内部产生温度差，但为50℃左右，非常小。
在本例中，在该状态下变为同步状态，开始浸渍，被处理物S的表面变为马氏体相变开始温度以下时，在表面形成马氏体而进行淬火。在图10所示的例子中，被处理物S与淬火冷却剂W的液面接触，在从渗碳开始的时刻(横轴的10秒的时刻)再经过约10秒的时刻(横轴的20秒的时刻)，马氏体分率为28％，因此，如果在该时刻停止同步状态，则能够将变形抑制到极限。
进一步，在本实施方式中，由于进行预冷却，因此，与不进行预冷却的情况相比，在被处理物S的表面开始形成马氏体的阶段的被处理物S的内部温度降低。例如，在图6所示的实施例中，在被处理物S的表面开始形成马氏体的阶段(图6所示的时刻T0)的被处理物S的内部温度为750℃以上。
另一方面，在本例中，由于用N2气体预冷却，因此，被处理物S的内部也在一定程度上冷却后开始浸渍。因此，在被处理物S的表面开始形成马氏体的阶段(图10所示的时刻T0)的被处理物S的内部温度为740℃左右。如上所述，将图6所示的例子和图10所示的例子进行比较时，本例的在被处理物S的表面开始形成马氏体的阶段的被处理物S的内部温度低。因此，与图6所示的例子相比，本例中被处理物S的内部的热膨胀的程度更小。其结果，抑制了在淬火后被处理物S产生的伸长。
只要淬火冷却剂能够通过使被处理物的热传递至淬火冷却剂侧对被处理物进行冷却并进行淬火即可，能够选择各种冷却剂。只要辅助冷却剂能够通过将被处理物的热传递至冷却剂侧来对被处理物进行冷却，并冷却至被处理物的表面达到马氏体相变开始温度前即可，能够选择各种冷却剂。
只要淬火冷却剂和辅助冷却剂剂是能够冷却的物质以达到淬火和辅助冷却的目的即可，并不限定于水。
此外，辅助冷却剂和淬火冷却剂优选为同种物质。作为这种构成，例如，可举出二者均为以水为主要成分的冷却剂、或者二者均为淬火油的结构。根据该构成，在辅助冷却与淬火之间不需要设置被处理物的洗涤工序，能够连续执行辅助冷却和淬火。另外，不需要设置用于分离辅助冷却剂和淬火冷却剂的结构，能够用简易的装置实现淬火。
此外，在淬火冷却剂为以水为主要成分的冷却剂的情况下，与淬火油相比，热传递率更高，冷却速度更大。因此，在用淬火油进行淬火的情况下，与用以水为主要成分的冷却剂的冷却材料淬火的情况相比，已知被处理物产生的变形减少。
但是，与热传递率大的水(以水为主要成分的冷却剂)相比，热传递率较小的油的冷却速度变慢，因此，淬火的程度降低。即，在冷却速度慢的情况下，与冷却速度快的情况相比，硬度更低，距硬化的部分的表面的深度(有效硬化深度等)变浅。因此，如果将水、以水为主要成分的冷却剂作为淬火冷却剂，则能够高速地对被处理物进行冷却，因此，与用油冷却的情况相比，表面的硬度更高，距硬化部分的表面的深度也更深。因此，通过将水、以水为主要成分的冷却剂作为淬火冷却剂并且在同步状态下进行淬火，从而能够兼顾变形的抑制和表面硬度的确保。
此外，作为用于实现同步状态的装置，上述装置是示例，除此之外，还可以采用其他各种结构的装置。例如，可以省略冷却槽10内的板状构件，也可以为其他形状。进一步，在使冷却剂流入冷却槽的结构中，可以为图9B所示那样，淬火冷却剂W预先蓄积在罐103中，通过使来自罐103的排出口的流路朝向冷却槽102并打开排出口的阀来使冷却剂流入冷却槽102的结构等。当然，在图9B、图8A所示的结构中，使冷却剂流入冷却槽的流入通道可以设置在各部分中。例如，也可以采用冷却剂从在冷却槽的下表面开口的流入通道通过泵流入冷却槽内的结构等。
只要从被处理物与淬火冷却剂接触起的规定期间是浸渍开始后维持同步状态的期间即可。只要规定期间设定为即使通过经过该规定期间后解除同步状态来促进急冷，在被处理物上也不会残留变形、或者被处理物也不会破裂即可。即，即使是用淬火冷却剂进行急冷的结构，只要规定期间设定为，通过维持同步状态也能够抑制过度急冷，在经过了规定期间的情况下，解除同步状态，从而更高速地进行急冷即可。
规定期间是维持同步状态的期间，但被处理物的状态不会以需要维持同步状态的期间的经过为界限而急剧地变化，因此，规定期间可以具有一定程度的幅度。但是，在过早的阶段停止同步状态并开始急冷时，能够存在被处理物产生的变形残留或者被处理物破裂的情况。在这种意义上，只要规定期间规定为应该维持同步状态的最低限的期间即可。因此，如果在规定期间结束后持续同步状态的情况下没有问题，经过规定期间后也可以持续同步状态。
比淬火冷却剂的液面更靠内侧的被处理物与淬火冷却剂的相对速度并不限定为0，只要通过用淬火冷却剂缓和急冷能够防止被处理物形成过度的温度差，就可以为各种相对速度。此外，被处理物与淬火冷却剂的相对速度可以仅着眼于确定的方向进行定义。例如，在上述实施方式中，也可以只考虑与被处理物的移动方向、液面的移动方向即铅垂方向平行的方向的相对速度。
附图标记的说明：
10 冷却槽
20 移动装置
21 支撑台
22 支撑部
25 喷淋器
30 流动装置
31 轴
32 螺旋桨
100 冷却槽
101 冷却槽
102 冷却槽
103 罐
200 流入通道
250 喷淋器

Claims (8)

1.一种淬火方法，用淬火用的冷却剂即淬火冷却剂对淬火对象的被处理物进行冷却，其中，
通过使所述被处理物移动的移动装置，使所述被处理物移动至蓄积在冷却槽中的所述淬火冷却剂的内部，
至少从所述被处理物与所述淬火冷却剂接触起到所述被处理物的表面发生马氏体相变为止，维持所述被处理物与所述淬火冷却剂的相对速度比所述被处理物的移动速度更慢的状态，
在所述被处理物与所述淬火冷却剂接触前，在所述淬火冷却剂中形成有方向与所述被处理物的移动方向相同的液流。
2.如权利要求1所述的淬火方法，其中，
在所述被处理物与所述淬火冷却剂接触前，在所述淬火冷却剂中形成有速度与所述被处理物的移动速度相同的液流。
3.如权利要求1或2所述的淬火方法，其中，
所述被处理物的表面发生马氏体相变的状态为所述被处理物的表面的马氏体分率达到28％以上的状态。
4.如权利要求1或2所述的淬火方法，其中，
在所述被处理物的铅垂方向的上下未产生温度差的状态下，所述被处理物的表面为马氏体相变开始温度以下。
5.如权利要求1或2所述的淬火方法，其中，
通过对所述被处理物施加从多个喷嘴中喷出的辅助冷却用的冷却剂即辅助冷却剂来进行辅助冷却，在所述被处理物的表面达到马氏体相变开始温度前使所述被处理物的所述辅助冷却停止，之后，通过所述淬火冷却剂将所述被处理物冷却至马氏体相变开始温度以下。
6.如权利要求1或2所述的淬火方法，其中，
在通过所述淬火冷却剂对所述被处理物进行冷却前，通过气体状的预备冷却剂对所述被处理物进行预备冷却。
7.如权利要求5所述的淬火方法，其中，
所述辅助冷却剂和所述淬火冷却剂是以水为主要成分的冷却剂或淬火油。
8.如权利要求5所述的淬火方法，其中，
所述辅助冷却剂和所述淬火冷却剂均为以水为主要成分的冷却剂或者均为淬火油。
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