DE102008012594B4

DE102008012594B4 - Vakuumkarburierungsverfahren und Vakuumkarburierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008012594B4
Application number: DE102008012594A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Katsumata
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: CN101260505A; CN101260505B; JP4458107B2; US8741061B2; US8152935B2; JP2008223060A; CN101967622A; CN101967622B; US20080216922A1; DE102008012594A1; US20120180717A1

Abstract

Vakuumkarburierungsverfahren, umfassend:
einen Vorheizprozess zur Aufheizung eines Werkstücks in einer Heizkammer auf eine erste Temperatur;
einen Karburierungsprozess zur Zuführung von Karburierungsgas in die Heizkammer, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer auf einen extrem niedrigen Druck evakuiert ist;
einen Diffusionsprozess zum Stoppen der Zufuhr des Karburierungsgases, um Kohlenstoff von der Oberfläche des Werkstücks in das Innere desselben zu diffundieren; und
einen Abschreckprozess zur Abschreckung des Werkstücks ausgehend von einem Zustand, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist,
wobei das Verfahren ferner zwischen dem Diffusionsprozess und dem Abschreckprozess umfasst:
einen Normalisierungsprozess zur Durchführung einer Stufenabkühlung, in der eine Temperaturabsenkungsbehandlung und eine Temperaturaufrechterhaltungsbehandlung mehrmals alternierend wiederholt werden, so dass eine Temperaturhistorie von der ersten Temperatur zu einer vorgegebenen Temperatur eine vorgegebene Bedingung erfüllt;
einen Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess zur Aufrechterhaltung der Temperatur des gesamten Werkstücks für eine...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumkarburierungsverfahren und eine Vakuumkarburierungsvorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
Vakuumkarburierung ist eine Karburierungstechnik, in der eine Oberflächenschicht eines metallischen Werkstücks karburiert und abgeschreckt wird, um die Härte der Oberflächenschicht zu steigern. Eine solche Vauumkarburierung ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-325701 A (im Folgenden als Patentdokument 1 bezeichnet) und in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-115893 A m Folgenden als Patentdokument 2 bezeichnet) beschrieben.
in der Vakuumkarburierung, die in Patentdokument 1 beschrieben ist, wird ein Werkstück in einer Heizkammer auf eine vorgegebene Temperatur im Vakuum erhitzt, Karburierungsgas, wie z. B. Acetylen, in die Heizkammer geleitet, und das Werkstück karburiert. Anschließend wird die Zufuhr des Karburierungsgases gestoppt, das Innere der Heizkammer erneut in den Vakuumzustand versetzt, der Kohlenstoff auf der Oberfläche des Werkstücks in dieses diffundiert, die Temperatur auf eine Abschrecktemperatur gesenkt, und anschließend eine Ölkühlung durchgeführt.
Um in der Vakuumkarburierung, die im Patentdokument 2 beschrieben ist, die übermäßige Karburierung einer Oberfläche (insbesondere einer Ecke) eines Werkstücks in der Anfangsphase der Diffusion in der im Patentdokument 1 beschriebenen Vakuumkarburierung zu beheben, wird ein Dekarburierungsgas in einen Ofen (äquivalent zu der im Patentdokument 1 beschriebenen Heizkammer) geleitet, so dass das Zementit in der Oberflächenschicht des Werkstücks reduziert oder beseitigt wird.
Die 12 und 13 sind Diagramme, die eine Behandlungszeit und eine Temperatur jedes Prozesses der herkömmlichen Vakuumkarburierung, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen zeigen, wenn ein Hohlrad für ein Kraftfahrzeug verarbeitet wird. Bei dieser Verarbeitung wird ein Stahlmaterial, wie z. B. SCr420 mit einer Basismaterialkohlenstoffkonzentration von 0,2%, als Werkstück verwendet, wobei eine Soll-Oberflächen-Kohlenstoffkonzentration gleich 0,8% ist, eine effektive Karburierungstiefe gleich 0,8 mm in 12 und 1,5 mm in 13 ist, und eine Soll-Kohlenstoffkonzentration bei der effektiven Karburierungstiefe gleich 0,35% ist.
In der obenbeschriebenen herkömmlichen Vakuumkarburierung, wie in den 12 und 13 gezeigt ist, wird nach dem Diffusionsprozess die Temperatur auf die Abschrecktemperatur im Temperaturabsenkungsprozess gesenkt, woraufhin der Prozess zu einem Aufrechterhaltungsprozess vor dem Abschrecken übergeht. In diesem Fall beträgt im Allgemeinen die Karburierungstemperatur X°C etwa 930°C. Da die Rate der Karburierung und der Diffusion höher wird, wenn die Behandlungstemperatur steigt, ist es möglich, die Zeit für die Vakuumkarburierung zu verkürzen.
Wenn jedoch die Vakuumkarburierung z. B. bei der Behandlungstemperatur X°C von 1.050°C durchgeführt wird, ist es aufgrund einer Blasenbildung, die durch die Hochtemperaturbehandlung hervorgerufen wird, schwierig, feine Kristallkörner im Werkstück W auszubilden. Dementsprechend ist es schwierig, ein Werkstück W zu erhalten, das einen vorgegebenen Eigenschaftswert aufweist. Außerdem tritt eine Ungleichmäßigkeit der Temperatur zwischen der Oberfläche und dem Inneren des Werkstücks auf, wodurch die Kristallkörner ungleichmäßig werden.
Die Erfindung wurde gemacht, um die obenerwähnten Probleme zu lösen, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, die Behandlungstemperatur anzuheben, um einen schnellen Fortschritt der Karburierung und der Diffusion zu erlauben, eine gleichmäßige Temperatur zwischen der Oberfläche und dem Inneren des Werkstücks zu erreichen, selbst wenn die Behandlungszeit verkürzt ist, und das Problem der aufgeblähten Kristallkörner zu lösen, um somit ein Werkstück zu erhalten, das einen vorgegebenen Eigenschaftswert aufweist.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Um die obenerwähnten Probleme zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Vakuumkarburierungsverfahren geschaffen, umfassend: einen Vorheizprozess zur Aufheizung eines Werkstücks in einer Heizkammer auf eine erste Temperatur; einen Karburierungsprozess zur Zuführung von Karburierungsgas in die Heizkammer, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer auf einen extrem niedrigen Druck evakuiert ist; einen Diffusionsprozess zum Stoppen der Zufuhr des Karburierungsgases, um Kohlenstoff von der Oberfläche des Werkstücks in das Innere desselben zu diffundieren; und einen Abschreckprozess zur Abschreckung des Werkstücks ausgehend von einem Zustand, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist, wobei das Verfahren ferner zwischen dem Diffusionsprozess und dem Abschreckprozess umfasst: einen Normalisierungsprozess zur Durchführung einer Stufenabkühlung, in der eine Temperaturabsenkungsbehandlung und eine Temperaturaufrechterhaltungsbehandlung mehrmals alternierend wiederholt werden, so dass eine Temperaturhistorie von der ersten Temperatur zu einer vorgegebenen Temperatur eine vorgegebene Bedingung erfüllt; einen Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess zur Aufrechterhaltung der Temperatur des gesamten Werkstücks für eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Normalisierungsprozess, so dass das gesamte Werkstück die vorgegebene Temperatur erreicht, um somit feine Kristallkörner im Werkstück zu erzeugen; und einen Wiederaufheizprozess zum Anheben der Temperatur des Werkstücks auf die zweite Temperatur nach dem Nach-Normalisierung-Aufrecherhaltungsprozess.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung können im Vakuumkarburierungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Absenkungstemperaturen in den Temperaturabsenkungsbehandlungen des Normalisierungsprozesses gleichwertig festgelegt sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung können im Vakuumkarburierungsverfahren gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung der Karburierungsprozess, der Diffusionsprozess, der Normalisierungsprozess und der Wiederaufheizprozess in der Heizkammer durchgeführt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung kann in Vakuumkarburierungsverfahren gemäß irgendeinem der ersten bis dritten Aspekte der Erfindung der Abschreckprozess in einer Kühlkammer zum Kühlen des Werkstücks, die separat von der Heizkammer vorgesehen ist, durchgeführt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung können im Vakuumkarburierungsverfahren gemäß irgendeinem der ersten bis vierten Aspekte der Erfindung der Vorheizprozess, der Diffusionsprozess und der Wiederaufheizprozess in einem Zustand, in dem die Heizkammer in einen Zustand mit extrem niedrigen Druck versetzt ist, oder in einem Zustand, in dem die Heizkammer mit einem Schutzgas gefüllt ist, durchgeführt werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine Vakuumkarburierungsvorrichtung geschaffen, umfassend: eine Heizkammer mit einer Heizvorrichtung; und eine Kühlkammer mit einem ersten Kühler, wobei die Heizvorrichtung ein Werkstück in der Heizkammer auf eine erste Temperatur aufheizt, Karburierungsgas in die Heizkammer geleitet wird, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer bis unter einen vorgegebenen Druck evakuiert ist, die Zufuhr des Karburierungsgases gestoppt wird, um Kohlenstoff von der Oberfläche in das Innere des Werkstücks zu diffundieren, und das Werkstück in der Kühlkammer mittels des ersten Kühlers in einem Zustand abgeschreckt wird, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist, wobei die Heizkammer enthält: einen Ofen, der von einer Wärmeisolationstrennwand umgeben ist; einen zweiten Kühler, der eine wenigstens im Ofen angeordnete erste Gaskonvektionsvorrichtung aufweist; und einen Windwegumschaltmechanismus zum Umwälzen des Gas in der Heizkammer in einer geöffneten Stellung, und zum Umwälzen des Gases im Ofen in einer geschlossenen Stellung.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung kann in der Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung der zweite Kühler die erste Gaskonvektionsvorrichtung und einen in der Heizkammer vorgesehenen Wärmetauscher enthalten.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung kann in der Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß dem sechsten oder dem siebten Aspekt der Erfindung die erste Gaskonvektionsvorrichtung ein Zentrifugalgebläse sein, wobei der Windwegumschaltmechanismus eine erste Tür, die in einem Abschnitt der Wärmeisolationstrennwand des Ofens in einer Gasauslassrichtung des Zentrifugalgebläses vorgesehen ist, und eine zweite Tür, die in der Wärmeisolationstrennwand gegenüberliegend der ersten Tür mit dazwischen angeordnetem Werkstück vorgesehen ist, aufweisen kann.
Gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung kann in der Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß irgendeinem der sechsten bis achten Aspekte der Erfindung die erste Gaskonvektionsvorrichtung die Temperatur des karburierten Werkstücks von einer ersten Temperatur auf eine vorgegebene Temperatur absenken, so dass eine Temperaturhistorie desselben eine vorgegebene Bedingung erfüllt, wobei die Temperatur des Werkstücks gehalten wird, so dass die Temperatur des gesamten Werkstücks die vorgegebene Temperatur erreicht, wodurch feine Kristallkörner im Werkstück erzeugt werden.
Gemäß einem zehnten Aspekt der Erfindung wird eine Vakuumkarburierungsvorrichtung geschaffen, umfassend: eine Heizkammer mit einer Heizvorrichtung und einem Kühler, wobei die Heizvorrichtung ein Werkstück in der Heizkammer auf eine erste Temperatur aufheizt, Karburierungsgas in die Heizkammer geleitet wird, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer bis unter einen vorgegebenen Druck evakuiert ist, die Zufuhr des Karburierungsgases gestoppt wird, um den Kohlenstoff von der Oberfläche in das Innere des Werkstücks zu diffundieren, und das Werkstück mittels des Kühlers in einem Zustand abgeschreckt wird, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist, wobei die Heizkammer enthält: einen Ofen, der von einer Wärmeisolationstrennwand umgeben ist; eine erste Gaskonvektionsvorrichtung, die im Ofen angeordnet ist; einen Windwegumschaltmechanismus zum Umwälzen des Gases in der Heizkammer in einer geöffneten Stellung, um das Werkstück zu kühlen, und zum Umwälzen des Gases im Ofen in einer geschlossenen Stellung.
Gemäß einem elften Aspekt der Erfindung kann in der Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß irgendeinem der sechsten bis zehnten Aspekte der Erfindung die Heizvorrichtung ein Heizelement aufweisen, das aus leitenden Materialien gefertigt ist, um ein Abschrecken ausgehend von einem Hochtemperaturzustand zu überstehen, und im Ofen angeordnet ist, wobei ein Trägerelement an der Wärmeisolationstrennwand des Ofens angebracht ist, um das Heizelement an der Wärmeisolationstrennwand des Ofens zu unterstützen und zu fixieren, wobei eine Strommesseinrichtung vorgesehen sein kann, um einen Erdungsfehlerstrom des Heizelements außerhalb der Heizkammer zu messen, wobei anhand des von der Strommesseinrichtung gemessenen Wertes erfasst werden kann, ob ein Erdungsfehler des Heizelements vorliegt, oder nicht.
Gemäß einem zwölften Aspekt der Erfindung kann in der Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß irgendeinem der sechsten bis elften Aspekte der Erfindung der Kühler Hochdruckgas umwälzen, um das Werkstück zu kühlen.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt der Erfindung kann in der Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß irgendeinem der sechsten bis zwölften Aspekte der Erfindung die Heizkammer eine zweite Gaskonvektionsvorrichtung aufweisen.
Da gemäß Vakuumkarburierungsverfahren der Erfindung die Temperaturaufrechterhaltung in einem Nach-Diffusion-Normalisierungsprozess durchgeführt wird, ist es anschließend möglich, feine Kristallkörner im Werkstück durch die Temperaturaufrechterhaltung im Normalisierungsprozess und die anschließende Temperaturaufrechterhaltung zu erzeugen, selbst wenn die Kristallkörner durch Ausführen der Karburierung und der Diffusion mit einer hohen Temperatur zum Verkürzen der Prozesszeit grobkörnig gemacht werden. Genauer wird in der Normalisierung nach der Diffusion der Stufenabkühlungsprozess ausgeführt, in welchem der Temperaturabsenkungsprozess und der Temperaturaufrechterhaltungsprozess alternierend wiederholt werden, um die Temperatur des Werkstücks zu senken, wobei die Temperatur des gesamten Werkstücks gleichmäßig wird, so dass es möglich ist, die Ungleichmäßigkeit zwischen der Oberflächentemperatur und der Innentemperatur des Werkstücks, die zum Zeitpunkt der Ab kühlung erzeugt wird, zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, gleichmäßiger feine Körner im Werkstück zu erzeugen. Aus diesem Grund werden bei Verkürzung der Prozesszeit durch den Hochtemperaturprozess die Kristallkörner des Werkstücks davor bewahrt, aufgrund des Hochtemperaturprozesses grobkörnig zu werden. Es ist somit möglich, ein Werkstück zu erhalten, das einen vorgegebenen Eigenschaftswert aufweist, um somit eine vorgegebene Qualität sicherzustellen.
Da gemäß der Erfindung das Wiederaufheizen und das Abschrecken nach der Normalisierung durchgeführt werden, ist es möglich, die Vakuumkarburierung effizient abzuschließen.
Da gemäß der Vakuumkarburierungsvorrichtung der Erfindung die erste Gaskonvektionsvorrichtung im Ofen der Heizkammer vorgesehen ist, ist es möglich, die Temperatur im Ofen plötzlich und gleichmäßig zu ändern, wobei die Strahlungswärme genutzt wird, die im Ofen erzeugt wird, sowie die Zwangskonvektionswärme, die von der ersten Gaskonvektionsvorrichtung erzeugt wird. Aus diesem Grund ist es möglich, die Prozesszeit bei der Temperaturanhebung zu verkürzen.
Außerdem ist der Ofen mit einem Windwegumschaltmechanismus versehen, der in der offenen Position das Gas in der Heizkammer umwälzt, um das Werkstück zu kühlen, und in der geschlossenen Position das Gas im Ofen umwälzt. Dementsprechend ist es möglich, die Temperatur im Aufrechterhaltungsprozess leicht zu steuern, indem der Windwegumschaltmechanismus geöffnet und geschlossen wird. Da insbesondere die Heizvorrichtung notwendig ist, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, das Kühlen und das Heizen kontinuierlich durchzuführen, um die Temperatur nach der Normalisierung aufrechtzuerhalten. Die erste Gaskonvektionsvorrichtung ist im Ofen der Heizkammer vorgesehen, um somit das kontinuierliche Kühlen und Heizen leicht durchzuführen. Aus diesem Grund ist es nach Durchführung der Stufenabkühlung im Normalisierungsprozess möglich, die genaue Temperatursteuerung im Abkühlungsprozess und im Temperaturaufrechterhaltungsprozess mit hoher Genauigkeit leicht durchzuführen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht, die die Konfiguration einer Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Zinke Seitenansicht der 1.
3 ist eine reche Seitenansicht der 1.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Form einer Heizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur einer Verbindung einer Heizvorrichtung 22 eines Ofens 50 mit einer Wärmeisolationstrennwand 21 zeigt und eine elektrische Verbindung zwischen der Heizvorrichtung 22 und einem Stromversorgungsabschnitt 23 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur im jeweiligen Prozess der Vakuumkarburierung, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur einer Stufenabkühlung in einem in 6 gezeigten Normalisierungsprozess zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur in einem Normalisierungsprozess verglichen mit 7 zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur im jeweiligen Prozess der Vakuumkarburierung, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. (Unterschiedlich in einer effektiven Karburierungstiefe gegenüber 6)
10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Vakuumkarburie rungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur im jeweiligen Prozess der herkömmlichen Vakuumkarburierung, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen zeigt, wenn ein Hohlrad für ein Kraftfahrzeug verarbeitet wird.
13 ist ein Diagramm, das Behandlungszeit und eine Temperatur im jeweiligen Prozess der herkömmlichen Vakuumkarburierung, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen zeigt, wenn ein Hohlrad für ein Kraftfahrzeug verarbeitet wird. (Unterschiedlich in einer effektiven Karburierungstiefe gegenüber 12)
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Vakuumkarburierungsvorrichtung und eines Vakuumkarburierungsverfahrens gemäß der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist der Maßstab eines jeden Elements für eine einfachere Darstellung geeignet modifiziert.
Die 1 bis 3 sind Schnittansichten, die eine Konfiguration einer Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigen, wobei 1 eine Vorderansicht ist, 2 eine linke Seitenansicht ist und 3 eine rechte Seitenansicht ist. Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, enthält die Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ein Gehäuse 1, eine Heizkammer 2 und eine Kühlkammer 3. Die Vakuumkarburierungsvorrichtung ist ein Zwei-Kammer-Typ, bei dem Heiz- und Kühlprozesse jeweils in getrennten Kammern durchgeführt werden. Das Gehäuse 1 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei das Gehäuse 1 so installiert ist, dass dessen Achse horizontal verläuft. Das Gehäuse 1 ist in Axialrichtung im Wesentlichen in seiner Mitte unterteilt, wobei die Heizkammer 2 in einer Seite des Gehäuses 1 aufgenommen ist und die andere Seite die Kühlkammer 3 darstellt. Im Wesentlichen in der Mitte in Axialrichtung des Gehäuses 1 ist ein Öffnungs- und Schließmechanismus 12 zum Öffnen und Verschließen der Kühlkammer 3 durch Aufwärtsbewegen und Abwärtsbewegen einer Tür 11, die einen Einlass 3a der Kühlkammer 3 verschließt, vorgesehen.
Die Heizkammer 2 enthält einen Ofen 50, eine Heizvorrichtung 22, einen Stromversorgungsabschnitt 23 und eine Basis 25. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Form der Heizvorrichtung 22 zeigt. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur des Anbringens der Heizvorrichtung 22 am Ofen 50 zeigt und eine elektrische Verbindung zwischen der Heizvorrichtung 22 und dem Stromversorgungsabschnitt 23 zeigt.
Wie in 5 gezeigt ist, ist der Ofen 50 aus einer kastenförmigen Wärmeisolationstrennwand 21 gebildet, die mit einem Wärmeisolationsmaterial 21c zwischen einer metallischen Außenhülle 21a und einer Graphit-Innenhülle 21b gefüllt ist.
Wie in 4 gezeigt ist, enthält die Heizvorrichtung 22 drei gleich geformte Heizvorrichtungen H1 bis H3. Jede der Heizvorrichtungen H1 bis H3 enthält hohle dünne Schäfte g1, massive dünne Schäfte g2 und massive dicke Schäfte g3, Verbinder c1 bis c3 und Zuführungsschäfte m. Der hohle dünne Schaft g1, der massive dünne Schaft g2 und der massive dicke Schaft g3 sind aus Graphit gefertigt. Der Zuführungsschaft m ist aus Metall gefertigt.
Der Verbinder c1 ist ein Quader und enthält Verbindungsabschnitte a1 und b1 mit voneinander verschiedenen Richtungen in jedem der Bereiche, die in zwei gleiche Teile in Längsrichtung unterteilt sind. Der hohle dünne Schaft g1 und der massive dünne Schaft g2 sind über den Verbinder c1 elektrisch miteinander verbunden. Der Verbinder c2 weist eine L-Form auf, in der die zwei Verbindungsabschnitte a2 und b2 senkrecht zueinander stehen. Die hohlen dünnen Schäfte g1 sind über den Verbinder c2 elektrisch miteinander verbunden. Der Verbinder c3 ist durch separates Verbinden von zwei Verbindungsabschnitten a3 und b3 mit derselben Richtung gebildet. Die hohlen dünnen Schäfte g1 sind über den Verbinder c3 elektrisch miteinander verbunden.
Die vier hohlen dünnen Schäfte g1 sind so angeordnet, dass sie ein Rechteck bilden, wobei drei Ecken des Rechtecks mit den Verbindern c2 verbunden sind. Eines der Enden der zwei hohlen dünnen Schäfte g1, die das andere Eck c2 des Rechtecks bilden, ist über den Verbinder c1 mit dem massiven dünnen Schaft g2 verbunden, wobei das andere an irgendeinem der Verbindungsabschnitte a3 und b3 des Verbinders c3 angebracht ist. Das Ende, das dem Ende des massiven dünnen Schafts g2 gegenüberliegt, der mit dem Verbinder c1 verbunden ist, ist bis zu einem Ende des massiven dicken Schafts g3 fortgesetzt, wobei der Zuführungsschaft m am anderen Ende des massiven dicken Schafts 3 angebracht ist.
Die Konfiguration bestehend aus den vier hohlen dünnen Schäften g1, dem massiven dünnen Schaft g2 und dem massiven dicken Schaft g3, dem Verbinder c1 und den drei Verbindern c2 sowie dem Zuführungsschaft m bildet ein Paar, wobei das Paar mit dem anderen Paar über den Verbinder c3 verbunden ist, um jeweils die Heizvorrichtungen H1 bis H3 zu bilden.
Der hohle dünne Schaft g1, der massive dünne Schaft g2 und der massive dicke Schaft g3 sind so konfiguriert, dass sie in Abhängigkeit von einer Differenz der Querschnittsflächen unterschiedliche Heizeigenschaften aufweisen. Die Heizeigenschaften sind gut in der Reihenfolge vom hohlen dünnen Schaft g1, zum massiven dünnen Schaft g2 und zum massiven dicken Schaft g3, wobei der massive dicke Schaft g3 kaum Wärme erzeugt.
Wie in 5 gezeigt ist, ist der Zuführungsschaft m hohl, wobei ein Kühlrohr t darin aufgenommen ist. Im Kühlrohr t zirkuliert Kühlwasser, um einen Temperaturanstieg aufgrund der Beaufschlagung mit elektrischem Strom zu verhindern.
Die Heizvorrichtungen H1 bis H3 sind durch einen Heizvorrichtungsträger 26 unterstützt, der an einem Abschnitt der Wärmeisolationstrennwand 21 des Ofens 50 vorgesehen ist. Der Heizvorrichtungsträger 26 ist aus Keramik gefertigt und weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, in der sein Innendurchmesser größer ist als ein Durchmesser des massiven dicken Schafts g3. Der Heizvorrichtungsträger 26 ist so befestigt, dass eine Axialrichtung der zylindrischen Form parallel zu einer Dickenrichtung der Wärmeisolationstrennwand 21 verläuft, wobei dessen Enden innerhalb und außerhalb der Wärmeisolationstrennwand 21 angeordnet sind.
Das außerhalb der Wärmeisolationstrennwand 21 angeordnete Ende weist eine Öffnung 26a auf, die einen Durchmesser gleich dem Durchmesser des massiven dicken Schafts g3, und kleiner als der Innendurchmesser der zylindrischen Form aufweist, wobei der massive dicke Schaft g3 in die Öffnung 26a eingesetzt ist, um die Heizvorrichtungen H1 bis H3 zu unterstützen.
Der Zuführungsschaft m ist aus einer Öffnung 1a des Gehäuses 1 bis außerhalb des Gehäuses 1 herausgezogen. Ein Spalt zwischen der Öffnung 1a und dem Zuführungsschaft m ist aufgefüllt und mittels eines Dichtungselements 1b abgedichtet. Der Zuführungsschaft m ist mit dem Stromversorgungsabschnitt 23 verbunden.
Der Stromversorgungsabschnitt 23 enthält eine Stromversorgung 23a, einen Unterbrecher 23b, einen Thyristor 23c, eine Temperatursteuervorrichtung 23d, einen Transformator 23e, einen Widerstand 23f und ein Amperemeter 23g.
Die Stromversorgung 23a ist mit dem Zuführungsschaft m über den Unterbrecher 23b, den Thyristor 23c und den Transformator 23e verbunden und führt den Zuführungsschaft m elektrischen Strom zu. Wenn eine Last an einer Schaltung einen zulässigen Bereich überschreitet, unterbricht der Unterbrecher 23b den elektrischen Strom, um eine Überlastung der Schaltung zu verhindern.
Der Thyristor 23c erlaubt der Schaltung, in Kooperation mit der Temperatursteuervorrichtung 23d in einem aktiven Zustand zu sein, bis die Temperatur der Heizvorrichtungen H1 bis H3 eine vorgegebene Temperatur erreicht, wobei der Thyristor 23c der Schaltung erlaubt, in einem inaktiven Zustand zu sein, wenn die Temperatur der Heizvorrichtungen H1 bis H3 die vorgegebene Temperatur erreicht hat. Der Transformator 23e transformiert die Spannung des von der Stromversorgung 23a gelieferten elektrischen Stroms auf einen vorgegebenen Wert.
Der Widerstand 23f und das Amperemeter 23g sind von der Schaltung zwischen dem Transformator 23e und dem Zuführungsschaft m getrennt, wobei der Widerstand 23f und das Amperemeter 23g im Verlauf der geerdeten Schaltung angeordnet sind. Das Amperemeter 23g misst einen Erdungsfehlerstrom.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Motor M1 nach unten gerichtet über der Heizkammer 2 vorgesehen. Eine Welle 51 des Motors M1 erstreckt sich von der oberen Oberfläche des Ofens 50 in den Ofen 50. Ein Gebläse F1 (erste Gaskonvektionsvorrichtung) ist an einem Ende des Schafts 51 angebracht.
Das Gebläse F1 ist ein Zentrifugalgebläse und längs der oberen Oberfläche im Ofen 50 angeordnet.
Die Türen 53a und 54a (erste Tür) sind an beiden Seiten der oberen Oberfläche des Ofens 50 vorgesehen, die eine Gasauslassseite des Gebläses F1 ist (siehe 2 als Referenz). Eine Tür 55a (zweite Tür) ist an der unteren Oberfläche des Ofens 50 vorgesehen, wobei das Werkstück W dazwischen angeordnet ist. Die Türen 53a, 54a und 55a sind jeweils mit Zylindern 53b, 54b und 55b verbunden und bilden einen zu öffnenden und zu schließenden Windwegumschaltmechanismus. Das heißt, wenn sich die Türen 53a, 54a und 55a in der offenen Stellung befinden, stehen der Ofen 50 und die Heizkammer 2 miteinander in Verbindung und das Gebläse F1 wird angetrieben, um somit strömendes Gas in der gesamten Heizkammer 2 umzuwälzen. In einem Vakuumzustand, wenn die Temperatur ansteigt, verdampft ein Material mit einem geringen Dampfdruck zuerst. Dementsprechend wird für das Gebläse F1, das einer hohen Temperatur im Ofen 50 ausgesetzt ist, ein Gebläse verwendet, das aus Materialien gefertigt ist, die thermisch nicht verformt werden, selbst wenn die Temperatur im Ofen 50 auf etwa 1.300°C angehoben wird.
Ein Wärmetauscher 24 ist außerhalb des Ofens 50 längs der Innenwand der Heizkammer 2 vorgesehen. Der Wärmetauscher 24 entnimmt Wärme von dem im Ofen 50 aufgeheizten Gas, um eine Kühlung durchzuführen (siehe 2 als Referenz).
Um eine Kühleffizienz zu verbessern, kann zusätzlich zu einem solchen Kühler 24 z. B. ein Wasserkühlungsmantel vorgesehen sein, um Gas zu kühlen, indem Kühlwasser erlaubt wird, durch einen im Gehäuse 1 vorgesehenen Wasserdurchlass zu strömen, oder eine Luftkühlrippe zum Kühlen von Gas kann außerhalb des Gehäuses unter Verwendung eines erweiterten Heizbereiches desselben vorgesehen sein.
Wenn das Innere der Heizkammer 2 gekühlt wird, sind die Türen 53a, 54a und 55a des Ofens 50 geöffnet; das Gas im Ofen 50 und in der Heizkammer 2 wird durch das Gebläse F1 umgewälzt und mittels des Wärmetauschers 24 gekühlt, um die Temperatur in der Heizkammer 2 und die Temperatur des Werkstücks W im Ofen 50 zu senken. Wenn wie oben beschrieben das Innere der Heizkammer 2 gekühlt wird, ist das Gebläse F1 zusammen mit dem Wärmetauscher 24 als zweiter Kühler 40 konfiguriert.
Die Basis 25 enthält einen rechteckigen Rahmen und mehrere Rollen. Jede der Rollen weist eine Rotationsachse auf, die parallel zu den zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens angeordnet ist, wobei ihre beiden Enden an den anderen zwei Seiten des Rahmens drehbar unterstützt sind. Die Basis 25 ist so installiert, dass die Rotationsachse der Rolle senkrecht zu einer Beförderungsrichtung ist, wodurch das Werkstück W zuverlässig befördert wird. Das Werkstück W wird auf der Basis 25 platziert, um das Werkstück W von seiner unteren Oberfläche her gleichmäßig zu erhitzen.
Die obenerwähnten Abschnitte sind aus Materialien gefertigt, die selbst dann nicht thermisch verformt werden, wenn die Temperatur im Ofen 50 auf etwa 1.300°C angehoben wird, ebenso wie das Gebläse F1.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Kühlkammer 3 eine Kammer zum Kühlen des Werkstücks W, wobei die Kühlkammer 3 einen ersten Kühler 31, eine Anordnungsplatte 32 und eine Basis 33 umfasst.
Der erste Kühler 31 enthält einen Wärmetauscher 31a und ein Gebläse 31b. Der Wärmetauscher 31a entnimmt Wärme vom Gas in der Kühlkammer 3, um eine Kühlung durchzuführen. Das Gebläse 31b wälzt Gas bei einem hohen Druck in der Kühlkammer 3 um.
Die Anordnungsplatte 32 ist ein Gitterkasten, der in Gitterform unterteilt ist und oberhalb und unterhalb einer Position angeordnet ist, an der das Werkstück W in der Kühlkammer 3 zu platzieren ist, um eine Strömungsrichtung des Gases in der Kühlkammer 3 anzupassen. Die Basis 33 weist im Wesentlichen dieselbe Struktur auf wie die Basis 25, die in der Heizkammer 2 installiert ist. Die Basis 33 ist in derselben Höhe angeordnet wie die Basis 25. Der Gitterkasten kann aus einer Kombination aus Gitterkasten und einem Lochmetallblech gebildet sein.
Als Nächstes wird eine Vakuumkarburierung unter Verwendung der Vakuumkarburierungsvorrichtung mit einer solchen Konfiguration mit Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben. In der Vakuumkarburierung werden ein Vorheizprozess, ein Vor-Karburierung-Aufrechterhaltungsprozess, ein Karburierungsprozess, ein Diffusionsprozess, ein Normalisierungsprozess, ein Wiederaufheizprozess, ein Vor- Abschreckung-Aufrechterhaltungsprozess und ein Abschreckprozess der Reihe nach in dieser Reihenfolge ausgeführt.
6 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur in jedem Prozess, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei ein Stahlmaterial, wie z. B. SCr420 mit einer Basismaterial-Kohlenstoffkonzentration von 0,2% als Werkstückmaterial verwendet wird; eine Soll-Oberflächen-Kohlenstoffkonzentration 0,8% beträgt; eine effektive Karburierungstiefe 0,8 mm beträgt; und eine Soll-Kohlenstoffkonzentration in der effektiven Karburierungstiefe 0,35% beträgt. 7 ist ein vergrößertes Diagramm, das den in 6 gezeigten Normalisierungsprozess darstellt, wobei eine vertikale Achse eine Temperatur repräsentiert und eine horizontale Achse eine Prozesszeit repräsentiert. 8 ist ein vergrößertes Diagramm für einen Vergleich, das den Normalisierungsprozess ähnlich 7 darstellt, wobei eine vertikale Achse eine Temperatur repräsentiert und eine horizontale Achse eine Prozesszeit repräsentiert.
Die Prozesszeit jedes im obigen Diagramm beschriebenen Prozesses wird mittels der Diffusionsgleichung unter Verwendung des zweiten Fickschen Gesetzes berechnet.
Im Vorheizprozess wird das Werkstück W zuerst an einer Position platziert, die von den im Ofen 50 der Heizkammer 2 vorgesehenen Heizvorrichtungen H1 bis H3 umgeben ist. Anschließend wird Gas aus der Heizkammer 2 abgeleitet, um das Innere der Heizkammer 2 und das Innere des Ofens 50 zu evakuieren, um somit einen Vakuumzustand auszubilden. In der allgemeinen Vakuumkarburierung bedeutet ”Vakuum” einen Zustand mit etwa 10 kPa oder weniger, d. h. 1/10 des Atmosphärendrucks. In der Ausführungsform wird jedoch ein Zustand von 1 Pa oder weniger als ”Vakuum” betrachtet. Zu diesem Zeitpunkt sind die Türen 53a, 54a und 55a des Windwegumschaltmechanismus geschlossen, um das Innere des Ofens 50 abzuriegeln.
Als Nächstes wird ein elektrischer Strom der Heizvorrichtung 22 zugeführt, um die Temperatur im Ofen 50 anzuheben. Es ist möglich, den Vakuumkarburierungsprozess selbst dann durchzuführen, wenn der gesamte Vorheizprozess im Vakuumzustand durchgeführt wird. In der Ausführungsform wird jedoch die Tem peratur in der Heizkammer 2 auf 650°C angehoben, wobei die Heizkammer 2 mit Schutzgas gefüllt wird, um zu verhindern, dass Materialien von der Oberfläche des Werkstücks W verdampfen. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Luftdruck in der Heizkammer 2 im Bereich von etwa 0,1 kPa bis Atmosphärendruck oder darunter. Das Gebläse F1 wird angetrieben, um die Temperatur im Ofen 50 effizient anzuheben, indem sowohl die durch das Anheben der Temperatur im Ofen 50 erzeugte Strahlungswärme als auch die vom Gebläse 1 erzeugte Zwangskonvektionswärme verwendet werden. Wenn die Temperatur in der Heizkammer 2 durch kontinuierliches Anheben der Temperatur 1.050°C erreicht, geht der Prozess zum Vor-Karburierung-Aufrechterhaltungsprozess über.
Im Vor-Karburierung-Aufrechterhaltungsprozess wird die Temperatur in der Heizkammer 2 auf der Endtemperatur des Vorheizprozesses gehalten. Gemäß dem Vor-Karburierung-Aufrechterhaltungsprozess wird die Temperatur des Werkstücks W von der Oberfläche bis zu seinem Inneren gleichmäßig gleich 1.050°C (erste Temperatur). Für die letzten zwei Minuten im Vor-Karburierung-Aufrechterhaltungsprozess wird das Schutzgas ausgeleitet, um das Innere der Heizkammer 2 zu evakuieren und somit in den Vakuumzustand zurückzuführen.
Im Karburierungsprozess wird die Heizkammer 2 mit Karburierungsgas gefüllt. Das Karburierungsgas ist z. B. Acetylen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Luftdruck in der Heizkammer 2 gleich 0,1 kPa oder weniger. Im Karburierungsprozess wird das Werkstück W unter der Atmosphäre eines Hochtemperaturkarburierungsgases von z. B. 1.050°C platziert, um das Werkstück W in der Heizkammer 2 zu karburieren.
Im Diffusionsprozess wird das Karburierungsgas in der Heizkammer 2 ausgeleitet und die Heizkammer 2 mit Schutzgas gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt liegt ein Luftdruck in der Heizkammer 2 im Bereich von 0,1 kPa bis Atmosphärendruck oder darunter. Anschließend wird die Temperatur in der Heizkammer 2 aufrechterhalten. Gemäß dem Diffusionsprozess diffundiert der Kohlenstoff nahe der Oberfläche des Werkstücks W von der Oberfläche in das Innere des Werkstücks W.
Wenn die Prozesstemperatur unter derselben Bedingung gehalten wird, werden eine Oberflächen-Kohlenstoffkonzentration, eine effektive Karburierungstiefe und eine Kohlenstoffkonzentration in der effektiven Karburierungstiefe auf der Grund lage einer Prozesszeit des Karburierungsprozesses und einer Prozesszeit des Diffusionsprozesses bestimmt.
Nach dem Diffusionsprozess wird der Normalisierungsprozess ausgeführt. Vor dem Normalisierungsprozess wird das Werkstück W einer hohen Temperatur von z. B. 1.050°C ausgesetzt. Dementsprechend werden die Kristallkörner groß. Der Normalisierungsprozess wird durchgeführt, um feine Kristallkörner zu erzeugen, wobei eine Abkühlung für eine vorgegebene Zeit (z. B. 5 bis 15 Minuten) durchgeführt wird, so dass die Temperatur im Ofen 50 von 1.050°C auf 600°C oder weniger sinkt.
In dem in 8 gezeigten Normalisierungsprozess wird im Allgemeinen nur eine Abkühlung für eine vorgegebene Zeitspanne (z. B. zwischen T1 bis T2) durchgeführt, so dass die Temperatur im Ofen 50 kontinuierlich auf 600°C oder weniger fällt. Wenn jedoch das Abkühlen kontinuierlich durchgeführt wird, werden die Oberflächentemperatur (PO in 8) des Werkstücks W und die Innentemperatur (Q₀ in 8) nicht gleich, wobei eine Ungleichmäßigkeit auftritt. Es tritt daher ein signifikant großer Fehler zwischen den realen Temperaturen des Werkstücks W im Vergleich zu einem idealen Temperaturgefälle (durchgezogene Linie in 8) des Ofens 50 auf. Zum Startzeitpunkt T2 des Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozesses nach dem Normalisierungsprozess tritt eine Verzögerung des Temperaturabfalls der Temperatur im Ofen 50, der Oberflächentemperatur des Werkstücks W und der Innentemperatur desselben (z. B. ☐P₀ und ☐Q₀) auf. Selbst wenn ein Temperaturaufrechterhaltungsprozess im Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess unverändert durchgeführt wird, werden folglich die Kristallkörner nicht ausreichend verfeinert.
Wie in den 6 und 8 gezeigt ist, wird aus diesem Grund im Normalisierungsprozess ein Stufenabkühlungsprozess durchgeführt, in welchem ein Abkühlungsprozess und ein Aufrechterhaltungsprozess während der Abkühlung von 1.050°C auf 600°C oder weniger alternierend ausgeführt werden.
Genauer wird das im Ofen 50 vorgesehene Gebläse F1 kontinuierlich angetrieben, wobei die Türen 53a, 54a und 55a des Windwegumschaltmechanismus auf die geöffneten Stellung eingestellt werden, um den Ofen 50 während der Abkühlung zu öffnen und somit dem in der Heizkammer 2 befindlichem Gas zu erlau ben, durch den Wärmetauscher 24 zu strömen und umgewälzt zu werden und das karburierte Werkstück W zu kühlen. Indessen werden die Türen 53a, 54a und 55a des Windwegumschaltmechanismus auf die geschlossene Stellung eingestellt, um den Ofen 50 während der Temperaturaufrechterhaltung zu schließen und somit dem Gas zu erlauben, im Ofen 50 umgewälzt zu werden. Dementsprechend weist das gesamte Werkstück W eine gleichmäßige Temperatur auf.
Wie oben beschrieben worden ist, sind die Abkühlung und die Temperaturaufrechterhaltung als ein Zyklus festgelegt, wobei die Zyklen mehrmals (z. B. 3,5 Zyklen) für eine vorgegebene Prozesszeit (z. B. zwischen T1 bis T2) wiederholt werden, so dass das Innere des Ofens 50 auf 600°C oder weniger abgekühlt wird. Somit verschwindet die Ungleichmäßigkeit zwischen der Oberflächentemperatur (P₁ in 7) und der Innentemperatur (Q₁ in 7) des Werkstücks W zu jedem Zeitpunkt der Temperaturaufrechterhaltung. Aus diesem Grund ist es möglich, die Ungleichmäßigkeit zwischen der Oberflächentemperatur und der Innentemperatur des Werkstücks W zu beseitigen. Außerdem ist es zum Startzeitpunkt T2 des Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozesses möglich, die Verzögerung des Temperaturabfalls der Temperatur im Ofen 50, der Oberflächentemperatur des Werkstücks W und der Innentemperatur desselben (z. B. ☐P₁ und ☐Q₁) zu beseitigen.
Um die Ungleichmäßigkeit zwischen der Oberflächentemperatur und der Innentemperatur des Werkstücks W mit hoher Präzision zu verhindern, wird vorzugsweise die Kühltemperatur jedes Zyklus bei der Stufenkühlung gleichmäßig festgelegt (z. B. wird in 7 eine Temperaturänderung jedes Kühlzyklus auf (1.050–600)/4 (°C) festgelegt). Ferner wird vorzugsweise die Kühlzeit (z. B. Ta in 7) oder die Temperaturaufrechterhaltungszeit (z. B. Tb in 7) jedes Zyklus gleichmäßig festgelegt. Die Anzahl der Zyklen der Abkühlung und der Temperaturaufrechterhaltung können in geeigneter Weise modifiziert werden.
Anschließend wird der Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess durchgeführt. Im Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess wird die Temperatur für eine vorgegebene Zeitspanne (z. B. 10 Minuten) aufrechterhalten, um die Temperatur des gesamten Werkstücks W gleichmäßig zu machen und somit die Kristallkörner weiter zu verfeinern.
Im Wiederaufheizprozess wird die Temperatur des Ofens 50, die im Normalisierungsprozess gesenkt worden ist, erneut angehoben. Im Wiederaufheizprozess wird die Temperatur auf 850°C (zweite Temperatur) angehoben, die eine Abschrecktemperatur im anschließenden Abschreckprozess ist. Diese Temperatur wird im Vor-Abschreckung-Aufrechterhaltungsprozess für eine vorgegebene Zeitspanne aufrechterhalten. Gemäß dem Vor-Abschreckung-Aufrechterhaltungsprozess wird die Temperatur des Werkstücks W von der Oberfläche zu seinem Inneren gleichmäßig gleich 850°C.
Schließlich wird das Werkstück W zur Kühlkammer 3 verbracht und anschließend der Abschreckprozess durchgeführt. Im Abschreckprozess wird das Werkstück W mittels des ersten Kühlers 31 gekühlt. Um das Werkstück abzukühlen, d. h. ein schwierig abzuschreckendes Material, wie z. B. ein Stahlmaterial aus SCr420, ist es notwendig, dass das Abkühlen mittels einer halben Temperaturdifferenz beim Abkühlen innerhalb der ersten Minute der Prozesszeit durchgeführt wird. Der erste Kühler 31 führt das Abkühlen durch, während das Gas in der Kühlkammer 3 z. B. mit einem Druck zirkuliert, der um das 10 bis 30-fache höher ist als der Atmosphärendruck, um somit eine Abkühlungsrate des Werkstücks W zu verbessern.
Da gemäß der Vakuumkarburierung der Erfindung im Vergleich zur herkömmlichen Vakuumkarburierung die Temperaturaufrechterhaltung in einem Nach-Diffusion-Normalisierungsprozess und danach durchgeführt wird, ist es möglich, feine Kristallkörner im Werkstück W mittels der Temperaturaufrechterhaltung im Normalisierungsprozess und der Temperaturaufrechterhaltung danach zu erzeugen, selbst wenn die Kristallkörner durch Ausführen der Karburierung und der Diffusion mit einer hohen Temperatur zur Verkürzung der Prozesszeit grobkörnig gemacht werden. Genauer wird in der Normalisierung nach der Diffusion die Stufenabkühlung durchgeführt, in der der Temperaturabsenkungsprozess und der Temperaturaufrechterhaltungsprozess alternierend wiederholt werden, um die Temperatur des Werkstücks W zu senken, wobei die Temperatur des gesamten Werkstücks W gleichmäßig wird und somit ermöglicht wird, die Ungleichmäßigkeit zwischen der Oberflächentemperatur und der Innentemperatur des Werkstücks W, die zum Zeitpunkt der Abkühlung erzeugt wird, zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, noch gleichmäßiger feine Kristallkörner des Werkstücks W zu erzeugen. Während die Prozesszeit durch den Hochtemperaturpro zess verkürzt wird, wird aus diesem Grund verhindert, dass die Kristallkörner des Werkstücks W aufgrund des Hochtemperaturprozesses grobkörnig werden. Es ist somit möglich, das Werkstück W mit einem vorgegebenen Eigenschaftswert zu erhalten, um somit eine vorgegebene Qualität sicherzustellen.
Da gemäß der Erfindung das Wiederaufheizen und das Abschrecken nach dem Normalisieren durchgeführt werden, ist es möglich, die Vakuumkarburierung effizient abzuschließen.
Da gemäß der Vakuumkarburierungsvorrichtung der Erfindung in das Gebläse 1 im Ofen 50 der Heizkammer 2 vorgesehen ist, ist es möglich, die Temperatur im Ofen 50 plötzlich und gleichmäßig zu ändern, indem die im Ofen 50 erzeugte Strahlungswärme und die vom Gebläse 50 erzeugte Zwangskonvektionswärme genutzt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, die Prozesszeit bei der Temperaturanhebung zu verkürzen. Außerdem ist der Ofen 50 mit dem Windwegumschaltmechanismus versehen, der in der offenen Stellung das Gas in der Heizkammer 2 umwälzt, um das Werkstück W zu kühlen, und in der geschlossenen Stellung das Gas im Ofen 50 umwälzt. Dementsprechend ist es möglich, die Temperatur im Aufrechterhaltungsprozess leicht zu steuern, indem die Türen 53a, 54a und 55a des Windwegumschaltmechanismus geöffnet und geschlossen werden. Da insbesondere die Heizvorrichtung 22 notwendig ist, um die Temperatur aufrecht zu erhalten, ist es notwendig, das Kühlen und das Heizen kontinuierlich durchzuführen, um die Temperatur nach der Normalisierung aufrechtzuerhalten. Das Gebläse F1 als zweiter Kühler 40 ist im Ofen 50 der Heizkammer 2 vorgesehen, wobei der Wärmetauscher 24 vorgesehen ist, um somit das kontinuierliche Abkühlen und Aufheizen leicht durchzuführen. Aus diesem Grund ist es nach Durchführung der Stufenabkühlung im Normalisierungsprozess möglich, die genaue Temperatursteuerung im Abkühlungsprozess und im Temperaturaufrechterhaltungsprozess mit hoher Genauigkeit leicht durchzuführen.
Da es ferner möglich ist, die Normalisierung in der Heizkammer 2 durchzuführen, ist es nicht notwendig, das Werkstück W aus der Heizkammer 2 für die Normalisierung zu entnehmen. Dementsprechend nimmt die Häufigkeit der Bewegung des Hochtemperaturwerkstücks W nicht zu, wobei es möglich ist, Mängel, wie z. B. eine Verformung, die durch Bewegung des Hochtemperaturwerkstücks W hervorgerufen wird, zu vermeiden.
9 ist ein Diagramm, das eine Behandlungszeit und eine Temperatur in jedem Prozess, eine Atmosphärenbedingung, sowie Beispiele von Vorrichtungstypen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei ein Stahlmaterial, wie z. B. SCr420, mit einer Basismaterial-Kohlenstoffkonzentration von 0,2% als Werkstückmaterial verwendet wird; eine Soll-Oberflächen-Kohlenstoffkonzentration 0,8% beträgt; eine effektive Karburierungstiefe 1,5 mm beträgt; und eine Soll-Kohlenstoffkonzentration in der effektiven Karburierungstiefe 0,35% beträgt. Das heißt, in der in 9 gezeigten Vakuumkarburierung wird dasselbe Stahlmaterial wie bei der in 6 gezeigten Vakuumkarburierung als Behandlungszielwerkstück verwendet, wobei ein Unterschied zu der in 6 gezeigten Vakuumkarburierung darin besteht, dass die effektive Karburierungstiefe 1,5 mm beträgt.
Ähnlich 6 wird die Prozesszeit der Prozesse im Diagramm mittels der Diffusionsgleichung unter Verwendung des zweiten Fickschen Gesetzes berechnet.
Da in der in 9 gezeigten Vakuumkarburierung die effektive Karburierungstiefe größer festgelegt ist als die der Vakuumkarburierung, ist die Prozesszeit des Karburierungsprozesses und des Diffusionsprozesses länger festgelegt. Die Prozesszeit der anderen in 9 gezeigten Prozesse ist dieselbe wie in 6.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es selbst in der Vakuumkarburierung, in der die effektive Karburierungstiefe groß festgelegt ist, möglich, die Temperatur während der Temperaturanhebung und der Temperaturaufrechterhaltung effizient zu ändern, indem das Gebläse F1 angetrieben wird und die Türen 53a, 54a und 55a des Windwegumschaltmechanismus geöffnet und geschlossen werden. Außerdem ist es selbst bei der Vakuumkarburierung, in der die effektive Karburierungstiefe groß festgelegt ist, möglich, feine Kristallkörner des Werkstücks W zu erzeugen, indem die Stufenabkühlung des Normalisierungsprozesses durchgeführt wird, selbst wenn die Kristallkörner durch Ausführen der Karburierung und der Diffusion mit einer hohen Temperatur zur Verkürzung der Prozesszeit grobkörnig gemacht werden. Obwohl die Prozesszeit durch den Hochtemperaturprozess verkürzt wird, werden aus diesem Grund die Kristallkörner daran gehindert, aufgrund des Hochtemperaturprozesses grobkörnig zu werden. Es ist somit möglich, das Werkstück W mit einem vorgegebenen Eigenschaftswert zu erhal ten.
Als Nächstes wird ein Entgasungsprozess beschrieben. Wenn in der Ausführungsform ein Erdungsfehler in der Heizvorrichtung 22 auftritt, wird der Entgasungsprozess ausgeführt. Im Entgasungsprozess wird dann, wenn ein Wert des vom Amperemeter 23g gemessenen Erdungsfehlerstroms über einem Schwellenwert liegt, das Werkstück W nicht im Ofen 50 platziert; die Temperatur im Ofen 50 wird um 50°C bis 150°C höher als eine Prozesstemperatur (in der Ausführungsform 1.050°C) angehoben; die Temperatur wird aufrechterhalten; und anschließend wird das Werkstück W abgekühlt. Gemäß dem Entgasungsprozess wird unverbrannter Kohlenstoff im Ofen 50 verdampft.
Im Entgasungsprozess wird die Temperatur in der Heizkammer 2 auf etwa 1.200°C angehoben. Jedes Element, das im Ofen 50 vorgesehen ist, ist jedoch aus Materialien gefertigt, die nicht verdampfen, selbst wenn die Temperatur im Ofen 50 auf etwa 1.300°C angehoben wird. Ohne Beschädigung des Elements ist es möglich, den Ruß zu beseitigen.
Bei der Durchführung des obenerwähnten Entgasungsprozesses wird die Struktur der Heizvorrichtung 22 gegenüber der herkömmlichen Struktur modifiziert. Das heißt, um ein Problem zu verhindern, das durch das Anhaften von Ruß hervorgerufen wird, weist die herkömmliche Heizvorrichtung eine Struktur auf, in der ein Heizabschnitt, wie z. B. ein mit Strom beaufschlagter Abschnitt, mit einem Isolationselement, wie z. B. Keramik, abgedeckt ist und Wärme indirekt durch das Isolationselement nach außen geleitet wird.
Wenn jedoch der Normalisierungsprozess gemäß der Ausführungsform im Ofen 50 der Heizvorrichtung 2 durchgeführt wird, wird in der herkömmlichen Struktur die isolierende Keramik, die den mit Strom beaufschlagten Abschnitt abdeckt, weggebrochen, da die Keramik aus dem aufgeheizten Zustand schnell abgekühlt wird. Daher wird der Ofen 50 mit der Struktur gemäß der Ausführungsform verwendet.
Der Ofen 50 mit der Struktur gemäß der Ausführungsform kann einem schnellen Abkühlen aus dem aufgeheizten Zustand standhalten. In der Heizvorrichtung 22 mit der Struktur gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform tritt jedoch ein Erdungsfehler auf, wenn der Heizvorrichtungsträger 26 mit Ruß bedeckt ist. Im Gegensatz hierzu wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Erdungsfehlerstrom überwacht. Wenn der Erdungsfehlerstrom über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wird ein Entgasungsprozess durchgeführt, um den Erdungsfehlerzustand zu beheben und somit eine Beschädigung, die durch den Erdungsfehler hervorgerufen wird, zu verhindern.
Die obige Ausführungsform ist unter Verwendung der Vakuumkarburierungsvorrichtung des in den 1 bis 3 gezeigten Zwei-Kammer-Typs beschrieben worden, jedoch kann im anderen Typ von Vakuumkarburierungsvorrichtung die Vakuumkarburierung der Durchführung des Normalisierungsprozesses und des Wiederaufheizprozesses nach dem Diffusionsprozess durchgeführt werden, wie in der obigen Ausführungsform beschrieben worden ist.
10 ist eine schematische Ansicht, die Bespiele von Typen der Vakuumkarburierungsvorrichtung zeigt. Wie in 10 gezeigt ist, gibt es hinsichtlich der Typen der Vakuumkarburierungsvorrichtung einen Einzel-Kammer-Typ, einen seriellen Typ, einen Getrennte-Fördermittel-Typ und dergleichen, zusätzlich zu dem Zwei-Kammer-Typ gemäß der obigen Ausführungsform.
Der Einzel-Kammer-Typ ist aus nur einer Heizkammer gebildet, ohne eine Kammer nur zum Abkühlen, wobei ein Kühler entsprechend dem zweiten Kühler 40 in der Heizkammer vorgesehen ist. Da im Einzel-Kammer-Typ der Kühler in der Heizkammer vorgesehen ist, ist eine Temperaturabsenkungsrate niedrig. Dementsprechend kann der Einzel-Kammer-Typ in einem Fall verwendet werden, in dem ein Stahlmaterial mit einer guten Abschreckeigenschaft das Werkstück ist. Das Stahlmaterial, wie z. B. SCr420, das das Werkstück in der obigen Ausführungsform ist, weist eine schlechte Abschreckeigenschaft auf. Somit ist es schwierig, den Abschreckprozess im Einzel-Kammer-Typ durchzuführen.
Der serielle Typ wird in einem Fall verwendet, in dem mehrere Werkstücke W in Serie vakuumkarburiert werden, und enthält eine Vorheizkammer, eine erste Heizkammer, eine zweite Heizkammer und eine Kühlkammer. Die zweite Heizkammer ist mit einem Kühler versehen. Bei einem solchen seriellen Typ wird z. B. der Vorheizprozess in der Vorheizkammer durchgeführt; der Vor-Karburierung-Aufrechterhaltungsprozess, der Karburierungsprozess und der Dif fusionsprozess werden in der ersten Heizkammer durchgeführt; der Normalisierungsprozess, der Wiederaufheizprozess und der Vor-Abschreckung-Aufrechterhaltungsprozess werden in der zweiten Heizkammer durchgeführt; und der Abschreckprozess wird in der Kühlkammer durchgeführt, wodurch die Vakuumkarburierung in dieser Reihenfolge durchgeführt wird. Da das Werkstück W sich sequentiell durch jede Prozesskammer gemäß den Prozessen bewegt, ist es möglich, die Vakuumkarburierung mehrerer Werkstücke W sequentiell durchzuführen.
Beim Getrennte-Fördermittel-Typ sind die Heizkammer 2 und die Kühlkammer 3 gemäß der obigen Ausführungsform nicht im selben Gehäuse 1 vorgesehen und sind voneinander getrennt, wobei ein Fördermittel zum Befördern des Werkstücks W zwischen den beiden Kammern zusätzlich vorgesehen ist. Ähnlich der obigen Ausführungsform werden in den Prozessen der Vakuumkarburierung der Vorheizprozess bis zum Vor-Abschreckung-Aufrechterhaltungsprozess in der Heizkammer durchgeführt, während der Abschreckprozess in der Kühlkammer durchgeführt wird.
In diesem Fall ist die Vorheizkammer nicht auf eine beschränkt, sondern es können mehrere Heizkammern vorgesehen sein. In der Vakuumkarburierung ist die in der Vorheizkammer benötigte Zeit länger als die in der Kühlkammer benötigte Zeit. Wenn dementsprechend ein Verhältnis der Anzahl der Heizkammern und der Anzahl der Kühlkammern gleich 1:1 ist, wird eine Zeitspanne, in der die Kühlkammer leer ist, lang. Wenn jedoch die Heizkammer auf der Grundlager der Anzahl der Werkstücke zusätzlich vorgesehen ist, werden die Werkstücke sequenziell von den mehreren Heizkammern zur Kühlkammer transportiert, so dass die Leerzeit der Kühlkammer reduziert wird, um die Kühlkammer effizient zu nutzen. Es somit möglich, die Vakuumkarburierung effizient durchzuführen. Wenn die mehreren Heizkammern vorgesehen sind, enthält wenigstens eine der Heizkammern einen Kühler, wobei die anderen Heizkammern keinen Kühler enthalten müssen.
Als Beispiel für den Getrennte-Fördermittel-Typ zusätzlich zu dem gezeigten Typ kann ferner ein Typ vorhanden sein, der einen Hauptbehälter und eine Vorbereitungskammer enthält. Zum Beispiel kann der Hauptbehälter ein zylindrischer luftdichter Behälter sein. Eine oder mehrere Heizkammern, Kühlkammern und Vor bereitungskammern sind in einer radialen Form mit einer Umfangseite des zylindrischen Hauptbehälters verbunden. Ein Fördermittel ist im Hauptbehälter enthalten. Das Fördermittel rotiert an einer Position, die mit irgendeiner Heizkammer, Kühlkammer und Vorbereitungskammer im Hauptbehälter verbunden ist.
Wenn in einer solchen Vakuumkarburierungsvorrichtung ein Benutzer ein Werkstück in die Vorbereitungskammer einsetzt, befördert das Fördermittel das Werkstück von der Vorbereitungskammer zur Heizkammer; sie befördert das Werkstück von der Heizkammer zur Kühlkammer; und sie befördert das Werkstück von der Kühlkammer zur Vorbereitungskammer. Anschließend entnimmt der Benutzer das Werkstück aus der Vorbereitungskammer.
Gemäß der Vakuumkarburierungsprozess-Vorrichtung läuft das Werkstück jedes mal dann durch den Hauptbehälter, wenn das Werkstück zwischen den Kammern transportiert wird. Das Werkstück kann daher sicher nicht mit der Außenluft in Kontakt kommen, bis das Werkstück in die Vorbereitungskammer eingesetzt ist, die Vakuumkarburierung durchgeführt ist und das Werkstück aus der Vorbereitungskammer entnommen wird. Während das Werkstück in der Heizkammer oder der Kühlkammer angeordnet ist, kann ein anderes Werkstück in die Vorbereitungskammer eingelegt werden. Dementsprechend ist es in der Vakuumkarburierung der mehreren Werkstücke möglich, die Kammern der Vakuumkarburierungsvorrichtung effektiv zu nutzen.
Die Form des Behälters ist ein Beispiel. Es kann ein Behälter verwendet werden, in welchem das Fördermittel enthalten ist und mit dem Heizkammer, Kühlkammer und Vorbereitungskammer verbunden sind.
Außerdem kann das Fördermittel die Heizkammer und/oder die Kühlkammer enthalten. In diesem Fall ist es möglich, das Werkstück zwischen der Heizkammer und der Kühlkammer zu befördern, während die Temperatur des Werkstücks kontrolliert wird. Wenn ferner das Fördermittel mit der Heizkammer oder der Kühlkammer in Verbindung steht, können die Temperatur in der Heizkammer (oder die Temperatur in der Kühlkammer) und die Temperatur im Fördermittel mittels einer Heizvorrichtung (oder Kühlvorrichtung) des Fördermittels aneinander angeglichen werden. Das Werkstück nach der Vakuumkarburierung kann mittels des Kühlers des Fördermittels auf eine Normaltemperatur abgekühlt werden.
Als nächstes wird eine Vakuumkarburierungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 11 beschrieben.
11 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration der Vakuumkarburierungsvorrichtung zeigt.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der anderen Ausführungsform dadurch, dass die Heizvorrichtung 2 mit einer zweiten Gaskonvektionsvorrichtung zusätzlich zu der obenerwähnten ersten Gaskonvektionsvorrichtung versehen ist.
Wie in 11 gezeigt ist, ist ein Motor M1 an einer Seitenoberfläche des Ofens 50 angeordnet, wobei ein Gebläse F1 (erste Gaskonvektionsvorrichtung) über eine (nicht gezeigte) Welle am Motor M1 angebracht ist.
Außerdem ist ein Motor M2 über der Heizkammer 2 angeordnet, wobei ein Gebläse F2 (zweite Gaskonvektionsvorrichtung) über eine (nicht gezeigte) Welle am Motor M2 angebracht ist. Das Gebläse F2 ist außerhalb des Ofens 50 der Heizkammer 2 vorgesehen und wälzt das Gas in der Heizkammer um. Eine Tür 56a (erste Tür) ist öffnungsfähig und schließfähig an der oberen Oberfläche des Ofens 50 vorgesehen, wobei Zylinder 56b und 55b mit der Tür 56a verbunden sind. Das heißt, in der Ausführungsform enthält ein zweiter Kühler 40' das Gebläse F1, das Gebläse F2 und den Wärmetauscher 24.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich der gleiche Vorteil wie in dem Fall, in dem nur das Gebläse F1 vorgesehen ist, wie in der obigen Ausführungsform beschrieben worden ist. Außerdem ist es möglich, die Temperatur in der Heizkammer 2 noch effizienter zu ändern, indem sowohl das Gebläse F1 als auch das Gebläse F2 während der Öffnung der Türen 56a und 55a des Ofens 50 angetrieben werden.
Der technische Umfang der Erfindung ist nicht auf die obenerwähnten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können die obenerwähnten Ausführungsformen innerhalb des Umfangs, von dem die Konzeption der Erfindung nicht abweicht, verschieden modifiziert werden. In der obigen Ausführungsform wird der erste Kühler 31 verwendet, der Hochdruckgas umwälzt, um das Werkstück W zu kühlen, jedoch kann z. B. das Werkstück W durch ein Ölkühlsystem gekühlt werden.
Die Stufenkühlung gemäß der Ausführungsform ist nicht auf den Normalisierungsprozess beschränkt. Wie in den 12 und 13 gezeigt ist, kann im Fall der herkömmlichen Vakuumkarburierung, in der die Temperatur in einem Temperaturabsenkungsprozess auf die Abschrecktemperatur abgesenkt wird, ohne den Normalisierungsprozess durchzuführen, und anschließend der Prozess zum Vor-Abschreckung-Aufrechterhaltungsprozess übergeht, die Stufenabkühlung im Temperaturabsenkungsprozess durchgeführt werden. Selbst bei einer solchen Vakuumkarburierung ist es möglich, feine Kristallkörner im Werkstück zu erzeugen, die durch den Hochtemperaturprozess grobkörnig gemacht worden sind.

Claims

Vakuumkarburierungsverfahren, umfassend: einen Vorheizprozess zur Aufheizung eines Werkstücks in einer Heizkammer auf eine erste Temperatur; einen Karburierungsprozess zur Zuführung von Karburierungsgas in die Heizkammer, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer auf einen extrem niedrigen Druck evakuiert ist; einen Diffusionsprozess zum Stoppen der Zufuhr des Karburierungsgases, um Kohlenstoff von der Oberfläche des Werkstücks in das Innere desselben zu diffundieren; und einen Abschreckprozess zur Abschreckung des Werkstücks ausgehend von einem Zustand, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist, wobei das Verfahren ferner zwischen dem Diffusionsprozess und dem Abschreckprozess umfasst: einen Normalisierungsprozess zur Durchführung einer Stufenabkühlung, in der eine Temperaturabsenkungsbehandlung und eine Temperaturaufrechterhaltungsbehandlung mehrmals alternierend wiederholt werden, so dass eine Temperaturhistorie von der ersten Temperatur zu einer vorgegebenen Temperatur eine vorgegebene Bedingung erfüllt; einen Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess zur Aufrechterhaltung der Temperatur des gesamten Werkstücks für eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Normalisierungsprozess, so dass das gesamte Werkstück die vorgegebene Temperatur erreicht, um somit feine Kristallkörner im Werkstück zu erzeugen; und einen Wiederaufheizprozess zum Anheben der Temperatur des Werkstücks auf die zweite Temperatur nach dem Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess.
Vakuumkarburierungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Absenkungstemperaturen in den Temperaturabsenkungsbehandlungen des Normalisierungsprozesses gleichwertig festgelegt sind.
Vakuumkarburierungsverfahren nach Anspruch oder 2, wobei der Karburierungsprozess, der Diffusionsprozess, der Normalisierungsprozess und der Wiederaufheizprozess in der Heizkammer ausgeführt werden.
Vakuumkarburierungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abschreckprozess in einer Kühlkammer zum Abkühlen des Werkstücks ausgeführt wird, die getrennt von der Heizkammer vorgesehen ist.
Vakuumkarburierungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vorheizprozess, der Diffusionsprozess und der Wiederaufheizprozess in einem Zustand, in dem die Heizkammer auf einen extrem niedrigen Druckzustand evakuiert ist, oder in einem Zustand, in dem die Heizkammer mit Schutzgas gefüllt ist, ausgeführt werden.
Vakuumkarburierungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Normalisierungsprozess und der Nach-Normalisierung-Aufrechterhaltungsprozess mittels einer Gaskonvektionsvorrichtung durchgeführt werden.
Vakuumkarburierungsvorrichtung, umfassend: eine Heizkammer mit einer Heizvorrichtung; und eine Kühlkammer mit einem ersten Kühler, wobei die Heizvorrichtung ein Werkstück in der Heizkammer auf eine erste Temperatur aufheizt, Karburierungsgas in die Heizkammer geleitet wird, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer bis unter einen vorgegebenen Druck evakuiert ist, die Zufuhr des Karburierungsgases gestoppt wird, um Kohlenstoff von der Oberfläche in das Innere des Werkstücks zu diffundieren, und das Werkstück in der Kühlkammer mittels des ersten Kühlers in einem Zustand abgeschreckt wird, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist, wobei die Heizkammer enthält: einen Ofen, der von einer Wärmeisolationstrennwand umgeben ist; einen zweiten Kühler, der eine wenigstens im Ofen angeordnete erste Gaskonvektionsvorrichtung aufweist; und einen Windwegumschaltmechanismus zum Umwälzen des Gas in der Heizkammer in einer geöffneten Stellung, und zum Umwälzen des Gases im Ofen in einer geschlossenen Stellung.
Vakuumkarburierungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zweite Kühler eine erste Gaskonvektionsvorrichtung und einen Wärmetauscher, der in der Heizkammer vorgesehen ist, enthält.
Vakuumkarburierungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste Gaskonvektionsvorrichtung ein Zentrifugalgebläse ist, und wobei der Windwegumschaltmechanismus eine erste Tür, die in einem Abschnitt der Wärmeisolationstrennwand des Ofens in einer Gasauslassrichtung des Zentrifugalgebläses vorgesehen ist, sowie eine zweite Tür aufweist, die in der Wärmeisolationstrennwand gegenüberliegend der ersten Tür mit dazwischen angeordnetem Werkstück vorgesehen ist.
Vakuumkarburierungsvorrichtung, umfassend: eine Heizkammer mit einer Heizvorrichtung und einem Kühler, wobei die Heizvorrichtung ein Werkstück in der Heizkammer auf eine erste Temperatur aufheizt, Karburierungsgas in die Heizkammer geleitet wird, um das Werkstück in einem Zustand zu karburieren, in dem das Innere der Heizkammer bis unter einen vorgegebenen Druck evakuiert ist, die Zufuhr des Karburierungsgases gestoppt wird, um den Kohlenstoff von der Oberfläche in das Innere des Werkstücks zu diffundieren, und das Werkstück mittels des Kühlers in einem Zustand abgeschreckt wird, in dem das Werkstück auf eine zweite Temperatur gebracht worden ist, wobei die Heizkammer enthält: einen Ofen, der von einer Wärmeisolationstrennwand umgeben ist; eine erste Gaskonvektionsvorrichtung, die im Ofen angeordnet ist; einen Windwegumschaltmechanismus zum Umwälzen des Gases in der Heizkammer in einer geöffneten Stellung, um das Werkstück zu kühlen, und zum Umwälzen des Gases im Ofen in einer geschlossenen Stellung.
Vakuumkarburierungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Heizvorrichtung ein Heizelement aufweist, das aus leitenden Materialien gefertigt ist, um einem Abschrecken ausgehend von einem Hochtemperaturzustand standzuhalten, und im Ofen angeordnet ist, und ein Unterstützungselement an der Wärmeisolationstrennwand des Ofens angebracht ist, um das Heizelement an der Wärmeisolationstrennwand des Ofens zu unterstützen und zu fixieren, wobei eine Strommesseinrichtung vorgesehen ist, um einen Erdungsfehlerstrom des Heizelements außerhalb der Heizkammer zu messen, und wobei anhand des von der Strommesseinrichtung gemessenen Wertes erfasst wird, ob ein Erdungsfehler des Heizelements vorliegt, oder nicht.
Vakuumkarburierungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der Kühler Hochdruckgas umwälzt, um das Werkstück zu kühlen.
Vakuumkarburierungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Heizkammer eine zweite Gaskonvektionsvorrichtung aufweist.