DE112009004328T5

DE112009004328T5 - Wärmebehandlungsvorrichtung und wärmebehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE112009004328T5
Application number: DE112009004328T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Katsumata
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2029-12-26
Also published as: CN102308008A; US9181600B2; CN102308008B; DE112009004328B4; JP5545223B2; US20110275024A1; JP5821987B2; JP2014141747A; KR20110102438A; KR101314835B1; JPWO2010092659A1; WO2010092659A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung und auf ein Wärmebehandlungsverfahren, die eine Temperaturverteilung während des Kühlens steuern/regeln. Es ist ein Kühlungsschritt vorgesehen, in dem ein erhitztes Behandlungsobjekt unter Verwendung einer Kühlflüssigkeit in Nebelform gekühlt wird, wobei eine Wärmebehandlung durchgeführt wird durch abwechselndes Wiederholen eines ersten Schritts (K1), in dem das Behandlungsobjekt mit einer ersten Nebeldichte gekühlt wird, und eines zweiten Schritts (K2), in dem das Behandlungsobjekt mit einer zweiten Nebeldichte gekühlt wird, die weniger dicht als die erste Nebeldichte ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung und ein Wärmebehandlungsverfahren, sowie auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung, die vorzugsweise zur Verwendung in solchen Prozessen wie z. B. dem Abschrecken eines Behandlungsobjekts vorgesehen ist.
Es wird Priorität der japanischen Patentanmeldungen mit den Nummern 2009-028900 , eingereicht am 10. Februar 2009, und 2009-047227 , eingereicht am 27. Februar 2009, beansprucht, deren Inhalte hiermit durch Literaturhinweis eingefügt sind.
Technischer Hintergrund
Herkömmlicherweise wird eine Kühlvorrichtung des Ölabschreckungstyps oder eine Kühlvorrichtung des Gasabschreckungstyps in Fällen verwendet, in denen eine Hochgeschwindigkeitskühlung in einer Wärmebehandlungsvorrichtung erforderlich ist, die eine Behandlung wie z. B. eine Abschreckung durchführt, bei der ein Behandlungsobjekt in Form eines Metallmaterials erwärmt und anschließend gekühlt wird. Diese Ölabschreckungs-Kühlvorrichtungen weisen eine ausgezeichnete Kühlwirkung auf, jedoch besteht bei diesen das Problem, dass sie im Wesentlichen unfähig sind, eine genaue Kühlungssteuerung durchzuführen, wobei es leicht vorkommt, dass ein wärmebehandeltes Objekt verformt wird. Im Gegensatz hierzu besteht bei Gasabschreckungs-Kühlvorrichtungen, obwohl die Kühlungssteuerung einfach erreicht wird, indem die Gasdurchflussmenge so gesteuert wird, dass diese Vorrichtungen das wärmebehandelte Objekt weniger wahrscheinlich verformen, das Problem, dass diese eine schlechtere Kühlwirkung aufweisen.
Mithin ist in Patentdokument 1 eine Technik offenbart, bei der Flüssigkeitsdüsen und Gasdüsen um ein wärmebehandeltes Objekt angeordnet sind und Kühlflüssigkeit als Sprühnebel von den Flüssigkeitsdüsen zugeführt wird (was als Nebelkühlung bekannt ist), während Kühlgas von den Gasdüsen zugeführt wird. Als Ergebnis wird eine Verbesserung sowohl bei der Kühlungssteuerbarkeit als auch bei der Kühlwirkung erzielt.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1, japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift ( JP-A) Nr. 11-153386

Offenbarung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik treten jedoch folgende Probleme auf.
Wenn die Nebeldichte innerhalb der Kühlkammer ungleichmäßig verteilt wird, entstehen Unterschiede in der Kühlleistung, wobei die Möglichkeit besteht, dass im Wärmebehandlungsobjekt eine Temperaturverteilung hervorgerufen wird. Wenn außerdem mehrere Objekte behandelt werden, besteht die Möglichkeit, dass Temperaturunterschiede zwischen den Behandlungsobjekten entsprechend der Verteilung der Nebeldichte entstehen.
Wenn auf diese Weise eine Temperaturverteilung in Behandlungsobjekten hervorgerufen wird, besteht nicht nur die Möglichkeit, dass dies eine Verformung der Wärmebehandlungsobjekte verursacht, sondern es besteht auch dann, wenn Wärmebehandlungsobjekte, in denen eine Temperaturverteilung hervorgerufen worden ist, in einem Abschreckprozess verwendet werden, die Möglichkeit, dass diese Behandlungsobjekte keine gleichmäßige Härte aufweisen.
Wenn andererseits die Temperaturdifferenzen in einer Vielzahl von Behandlungsobjekten hervorgerufen werden, entstehen Differenzen der Qualitäten der jeweiligen Behandlungsobjekte, wobei die Möglichkeit besteht, dass dies Qualitätsmängel bewirkt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Punkte erdacht, wobei es eine Aufgabe derselben ist, eine Wärmebehandlungsvorrichtung und ein Wärmebehandlungsverfahren zu schaffen, die es ermöglichen, eine Temperaturverteilung während des Kühlens zu steuern/regeln.
Mittel zum Lösen des Problems
Die vorliegende Erfindung verwendet den folgenden Aufbau, um die obige Aufgabe zu lösen.

(1) Das Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das einen Kühlschritt aufweist, in welchem ein erhitztes Behandlungsobjekt unter Verwendung einer Kühlflüssigkeit in Nebelform gekühlt wird, wobei ein erster Schritt, in dem das Behandlungsobjekt mit einer ersten Nebeldichte gekühlt wird, und ein zweiter Schritt, in dem das Behandlungsobjekt mit einer zweiten Nebeldichte gekühlt wird, die weniger dicht als die erste Nebeldichte ist, abwechselnd wiederholt werden.

Selbst wenn dementsprechend in dem Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine Temperaturverteilung in einem Behandlungsobjekt im ersten Schritt hervorgerufen wird, wird, da die Nebeldichte im zweiten Schritt geringer ist, jegliche Ausweitung der Temperaturverteilung, die durch diese Nebelkühlung hervorgerufen wird, gedämpft, wobei die Temperaturverteilung durch Wärmeleitung im Behandlungsobjekt verringert wird. Dementsprechend ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, die Temperaturverteilung während des Kühlens in einem Wärmebehandlungsobjekt zu steuern/regeln, wobei es möglich ist, das Auftreten von Qualitätsmängeln, wie z. B. Verformung und Ungleichmäßigkeit der Härte, zu vermeiden.

(2) In dem Wärmebehandlungsverfahren, das oben in (1) beschrieben worden ist, ist es auch möglich, dass die Kühlflüssigkeit in Nebelform in dem ersten Schritt zugeführt wird, während die Zufuhr der Kühlflüssigkeit in Nebelform im zweiten Schritt gestoppt wird.

Durch Verwendung dieses Typs von Anordnung ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, im zweiten Schritt die Verringerung der Temperaturverteilung mittels Wärmeleitung im Behandlungsobjekt wirksam zu fördern.

(3) In dem Wärmebehandlungsverfahren, das oben in (1) oder (2) beschrieben worden ist, ist es auch möglich, dass die Dichte des Kühlflüssigkeitsnebels mittels wenigstens der Zufuhrmenge und/oder des Zufuhrdrucks und/oder der Zufuhrzeit der Kühlflüssigkeit einzustellen.
(4) In dem Wärmebehandlungsverfahren, das oben in (1) bis (3) beschrieben worden ist, ist es auch möglich, Zusammenhänge zwischen dem Zuführungszustand des Kühlflüssigkeitsnebels und den Temperatureigenschaften des Behandlungsobjekts zu speichern und auf der Grundlage dieser Zusammenhänge die Behandlung zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt umzuschalten.

Durch Verwendung dieses Typs von Anordnung ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, eine Steuerung zu implementieren, die zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt auf der Grundlage von im voraus gespeicherten Zusammenhängen umschaltet, und folglich eine Wärmebehandlung sowohl effizient als auch äußerst genau durchzuführen.

(5) In dem Wärmebehandlungsverfahren, das oben in (1) bis (4) beschrieben worden ist, ist es auch möglich, vorzusehen: einen Schritt, in dem die Temperatur des Behandlungsobjekts gemessen wird; und einen Schritt, in dem die Zufuhr des Kühlflüssigkeitsnebels auf der Grundlage der gemessenen Temperatur gesteuert wird.

Durch Verwenden dieses Typs von Anordnung in der vorliegenden Erfindung wird es durch Einstellen der Zufuhrmenge, des Zufuhrdrucks und der Zufuhrzeit des Kühlflüssigkeitsnebels entsprechend der Temperatur des Behandlungsobjekts möglich, die optimale Kühlungsbehandlung durchzuführen und eine hochgenaue Wärmebehandlung für ein Behandlungsobjekt zu erreichen.

(6) In dem Wärmebehandlungsverfahren, das oben in (5) beschrieben worden ist, ist es auch möglich, die Temperatur des Behandlungsobjekts an mehreren Stellen zu messen und auf der Grundlage von Temperaturdifferenzen im gemessenen Behandlungsobjekt die Behandlung zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt umzuschalten.

Durch Verwenden dieses Typs von Anordnung in der vorliegenden Erfindung ist es, nachdem Temperaturunterschiede in einem Behandlungsobjekt einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten haben, möglich, jegliche Vergrößerung des Temperaturunterschieds zu unterdrücken, indem vom ersten Schritt zu dem zweiten Schritt umgeschaltet wird, wobei, nachdem der Temperaturunterschied im Behandlungsobjekt durch Wärmeleitung unter den Schwellenwert gesenkt worden ist, die Kühlungsbehandlung des Behandlungsobjekts durch Umschalten vom zweiten Schritt in den ersten Schritt durchgeführt werden kann.

(7) In dem Wärmebehandlungsverfahren, das oben in (5) beschrieben worden ist, ist es auch möglich, die Temperatur in mehreren Behandlungsobjekten zu messen, wenn mehrere Behandlungsobjekte vorhanden sind, und auf der Grundlage von Temperaturunterschieden zwischen den gemessenen Behandlungsobjekten die Wärmebehandlung zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt umzuschalten.

Durch Verwendung dieses Typs von Anordnung ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, Temperaturunterschiede zwischen den mehreren Behandlungsobjekten zu steuern/regeln und das Auftreten von Qualitätsmängeln im jeweiligen Behandlungsobjekt zu unterdrücken.
Ferner ist die Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Wärmebehandlungsvorrichtung, die eine Kühlflüssigkeit in Nebelform einer Kühlkammer zuführt und ein erhitztes Behandlungsobjekt kühlt, wobei die Wärmebehandlungsvorrichtung mit einer Umschaltvorrichtung versehen ist, die die Zufuhr des Kühlflüssigkeitsnebels abwechselnd zwischen einer ersten Nebeldichte und einer zweiten Nebeldichte, die geringer ist als die erste Nebeldichte, umschaltet.
Selbst wenn dementsprechend in der Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Temperaturverteilung in einem Behandlungsobjekt als Ergebnis einer Kühlflüssigkeitszufuhr mit einer ersten Nebeldichte durch die Wärmebehandlungsvorrichtung hervorgerufen wird, wird durch Zufuhr der Kühlflüssigkeit mit einer zweiten Nebeldichte, die weniger dicht als die erste Nebeldichte ist, jegliche Ausweitung der Temperaturverteilung, die durch diese Nebelkühlung hervorgerufen wird, unterdrückt, wobei die Temperaturverteilung durch Wärmeleitung im Behandlungsobjekt verringert wird. Dementsprechend ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, die Temperaturverteilung während der Kühlung in einem Behandlungsobjekt zu steuern/regeln, wobei es möglich ist, das Auftreten von Qualitätsmängeln, wie z. B. Verformung und Ungleichmäßigkeit der Härte, zu vermeiden.
Wirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Temperaturverteilung während des Kühlens eines behandelten Objekts zu steuern/regeln, wobei es möglich ist, das Hervorrufen von Qualitätsmängeln, wie z. B. Verformung und Ungleichmäßigkeit der Härte, zu vermeiden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht der Gesamtanordnung eines Vakuum-Wärmebehandlungsofens der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist eine Front-Querschnittsansicht einer Kühlkammer 160.
3 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie A-A in 2.
4 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Zeit und Temperatur zeigt, wenn Nebelkühlung durchgeführt wird.
5 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Zeit und Temperatur zeigt, wenn ein erster Schritt und ein zweiter Schritt abwechselnd wiederholt werden.
6 ist eine Front-Querschnittsansicht der Kühlkammer 160, wenn mehrere Behandlungsobjekte gekühlt werden.
Beste Ausführungsformen zum Implementieren der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Wärmebehandlungsvorrichtung und des Wärmebehandlungsverfahrens der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben.
Es ist zu beachten, dass in den jeweiligen Zeichnungen, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, der Maßstab jeder Komponente geeignet modifiziert worden ist, um jede Komponente in einer erkennbaren Größe darzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird außerdem ein Mehrkammertyp von Vakuum-Wärmbehandlungsofen (im Folgenden wird dieser einfach als ”Vakuum-Wärmebehandlungsofen” bezeichnet) als ein Beispiel einer Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet.
1 ist eine Ansicht einer Gesamtanordnung des Vakuum-Wärmebehandlungsofens der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Vakuum-Wärmebehandlungsofen (Wärmebehandlungsvorrichtung) 100 führt eine Wärmebehandlung an einem behandelten Objekt durch und ist mit einer Entlüftungskammer 110, einer Vorheizkammer 120, einer Karburierungskammer 130, einer Diffusionskammer 140, einer Temperaturreduktionskammer 150 und einer Kühlkammer 160 versehen, die in dieser Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind. Behandlungsobjekte werden auf einer einzelnen Linie der Reihe nach durch die jeweiligen Kammern 110–160 transportiert.
Da das Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Kühlungsbehandlung in der Kühlkammer 160 liegt, wird im Folgenden die Kühlkammer 160 genauer beschrieben.
2 ist eine Front-Querschnittsansicht der Kühlkammer 160, während 3 eine Querschnittsansicht längs einer Linie A-A in 2 ist. Die Kühlkammer 160 ist innerhalb eines Vakuumgefäßes 1 ausgebildet. Außerdem ist innerhalb des Vakuumgefäßes 1 auch eine Kühleinheit CU vorgesehen, die eine Transportvorrichtung 10, eine Gaskühlvorrichtung 20, eine Nebelkühlvorrichtung 30 und eine Temperaturmessvorrichtung 80 enthält.
Die Transportvorrichtung 10 ist fähig, ein Behandlungsobjekt M in einer horizontalen Richtung zu transportieren, und weist auf: ein Paar Unterstützungsrahmen 11, die einander zugewandt in einem Abstand angeordnet sind und sich in Transportrichtung (d. h. in einer horizontalen Richtung) erstrecken; Rollen 12, die in vorgegebenen Abständen voneinander in Transportrichtung auf den einander zugewandten Flächen der jeweiligen Unterstützungsrahmen 11 vorgesehen sind, so dass sie fähig sind, frei zu rotieren; eine Wanne 13, auf der das Behandlungsobjekt M platziert ist und die über die Rollen 12 transportiert wird; und einen Unterstützungsrahmen 14 (in 2 nicht gezeigt), der in einer vertikalen Richtung vorgesehen ist und beide Enden der Unterstützungsrahmen 11 unterstützt.
Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung die Richtung, in der das Behandlungsobjekt M von der Transportvorrichtung 10 transportiert wird einfach als ”Transportrichtung” bezeichnet wird.
Die Wanne 13 ist im Wesentlichen ein Quader und ist z. B. durch Anordnen von Plattenmaterialien in einer Gitterform gebildet. Die Breite der Schale 13 ist etwas größer als die Breite des Behandlungsobjekts M, wobei ihre Größe so beschaffen ist, dass sie über die Ränder in Breitenrichtung ihrer Bodenfläche durch die Rollen 12 unterstützt wird. Hier ist ein ringförmiges Objekt mit einem in seinem Mittelabschnitt gebildeten Freiraum als Beispiel des Behandlungsobjekts M gezeigt.
Die Gaskühlvorrichtung 20 kühlt das Behandlungsobjekt M durch Zuführen von Kühlgas zum Inneren der Kühlkammer 160 und ist mit einer Sammelrohrleitung 21, einer Zufuhrrohrleitung 22 und einem Gasrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 23 versehen. Wie mit der doppelt punktierten Linie in 3 gezeigt ist, ist die Sammelrohrleitung 21 an einem Endabschnitt der stromabwärtigen Seite in Transportrichtung der Kühlkammer 160 angeordnet und ist in einer Toroidform ausgebildet, die auf dem Transportweg, längs dem das Behandlungsobjekt M von der Transportvorrichtung 10 transportiert wird, zentriert ist. Vom Gasrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 23 wird dieser Sammelrohrleitung 21 Kühlgas zugeführt.
Ein Endabschnitt der Zufuhrrohrleitung 22 ist mit der Sammelrohrleitung 21 verbunden, während ihr anderes Ende so ausgebildet ist, dass es sich in horizontaler Richtung zu der stromaufwärtigen Seite in Transportrichtung erstreckt, wobei mehrere (in diesem Fall vier) Zufuhrrohrleitungen 22 in im Wesentlichen gleichen Intervallen (in diesem Fall Intervalle von 90°) in Umfangsrichtung zentriert auf dem Transportweg, längs dem das Behandlungsobjekt M von der Transportvorrichtung 10 transportiert wird, vorgesehen sind. Genauer, wie in 3 gezeigt ist, sind die Zufuhrrohrleitungen 22 an den Positionen 3 Uhr, 6 Uhr, 9 Uhr und 12 Uhr (d. h. oben, unten, links und rechts) der toroidförmigen Sammelrohrleitung 21 vorgesehen. Jede Zufuhrrohrleitung 22 ist so ausgebildet, dass ihr anderes Ende sich in einer horizontalen Richtung zur stromaufwärtigen Seite in Transportrichtung der Kühlkammer 160 erstreckt, und ist lang genug, um sich über die Länge der Kühlkammer 160 zu erstrecken. In jeder Zufuhrrohrleitung 22 sind mehrere Strahldüsen 24, die in Richtung des Transportweges des Behandlungsobjekts weisen, in vorgegebenen Abständen voneinander ausgebildet und erstrecken sich über die gesamte Längsrichtung der Zufuhrrohrleitungen 22.
Das Gasrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 23 enthält eine Gasabführungsrohrleitung 25, die mit dem Vakuumgefäß 1 verbunden ist, ein Absperrventil 26, das an der Luftabführungsrohrleitung 25 vorgesehen ist, einen Wärmetauscher 27, der als Kühler zum Rückkühlen des in der Luftabführungsrohrleitung 25 rückgewonnenen Kühlgases dient, und ein Gebläse 28, das das rückgekühlte Kühlgas der Sammelrohrleitung 21 zuführt.
Beispiele für Kühlgase, die verwendet werden können, umfassen Schutzgase, wie z. B. Argon, Helium, Stickstoff und dergleichen.
Die Nebelkühlvorrichtung 30 kühlt das Behandlungsobjekt M durch Zuführen von Kühlflüssigkeit in Nebelform in das Innere der Kühlkammer 160 und ist mit einer Sammelrohrleitung 31 (in 3 nicht gezeigt), Zufuhrrohrleitungen 32 und einem Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 33 versehen. Die Sammelrohrleitung 31 ist an einem Endabschnitt an der stromaufwärtigen Seite in Transportrichtung der Kühlkammer 160 angeordnet und ist in einer Toroidform ausgebildet, die auf dem Transportweg, längs dem das Behandlungsobjekt M von der Transportvorrichtung 10 transportiert wird, zentriert ist. Kühlflüssigkeit wird dieser Sammelrohrleitung 31 von dem Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 33 zugeführt.
Ein Endabschnitt der Zufuhrrohrleitung 32 ist mit der Sammelrohrleitung 31 verbunden, während dessen anderes Ende so ausgebildet ist, dass es sich in einer horizontalen Richtung zu der stromabwärtigen Seite in Transportrichtung erstreckt. Außerdem sind mehrere (in diesem Fall vier) der Zufuhrrohrleitungen 32 in im Wesentlichen gleichmäßigen Intervallen (in diesem Fall in Intervallen von 90°) in Umfangsrichtung auf dem Transportweg, längs dem das Behandlungsobjekt M von der Transportvorrichtung 10 transportiert wird, zentriert angeordnet. Genauer, wie in 3 gezeigt ist, sind die Zufuhrrohrleitungen 32 an Positionen ±45° von einer horizontalen Richtung in der toroidförmigen Sammelrohrleitung 21 vorgesehen. Jede Zufuhrrohrleitung 32 ist so ausgebildet, dass ihr anderes Ende sich in einer horizontalen Richtung zu der stromabwärtigen Seite in Transportrichtung der Kühlkammer 160 erstreckt, und ist lang genug, um sich über die Länge der Kühlkammer 160 zu erstrecken. In jeder Zufuhrrohrleitung 32 sind mehrere Düsenabschnitte 34, die Kühlflüssigkeit in Nebelform in Richtung zu dem Transportweg der Behandlungsobjekte sprühen, in vorgegebenen Abständen voneinander ausgebildet und erstrecken sich über die gesamte Längsrichtung der Zufuhrrohrleitungen 32.
Es ist zu beachten, dass die Zufuhrrohrleitungen 32 und die Düsenabschnitte 34 vorzugsweise nicht in einer vertikalen Richtung ausgerichtet sind, wobei die Möglichkeit besteht, dass Schwankungen der Zufuhrmengen auftreten, da der Kühlflüssigkeitsnebel durch die Schwerkraft beeinflusst wird, und wobei es ideal ist, wenn der Kühlflüssigkeitsnebel in einer horizontalen Richtung zugeführt wird. Wenn jedoch die Kühlflüssigkeit aus einer vertikalen Richtung zugeführt wird, sollten die Auswirkungen der Schwerkraft berücksichtigt werden und die Zufuhrmengen entsprechend angepasst werden. Wenn außerdem z. B. drei Zufuhrrohrleitungen 32 anstelle von vier vorgesehen sind, ist vorzugsweise eine Rohrleitung am Scheitelpunkt positioniert, während die anderen beiden Rohrleitungen an Positionen ±120° vom Scheitelpunkt angeordnet sind, um die vertikale Komponente soweit wie möglich zu minimieren.
Das Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 33 enthält eine Flüssigkeitsabführungsrohrleitung 35, die mit dem Vakuumgefäß 1 verbunden ist, ein Absperrventil 36, das an der Flüssigkeitsabführungsrohrleitung 35 vorgesehen ist, eine Pumpe 38, die Kühlflüssigkeit, die mittels der Flüsigkeitsabführungsrohrleitung 35 rückgewonnen worden ist, über ein Rohrleitungssystem 37 der Sammelrohrleitung 31 unter Verwendung des Antriebs eines Motors 39 zuführt, einen Sensor 40, der den Druck (d. h. Luftdruck) innerhalb der Kühlkammer 160 misst, einen Umrichter 41, der als Kühlflüssigkeitsdurchflussratensteuervorrichtung dient, die den Antrieb des Motors 39 auf der Grundlage der Messergebnisse vom Sensor 40 steuert, und einen Verflüssiger (d. h. eine Verflüssigungsfalle), der Kühlflüssigkeit verflüssigt, die durch die von den behandelten Gegenständen aufgenommene Wärme verdampft worden ist.
Beispiele für Kühlflüssigkeiten, die verwendet werden können, umfassen Öl, Salz und reaktionsträge Flüssigkeiten auf Fluor-Basis (weiter unten beschrieben) und dergleichen.
Die Temperaturmessvorrichtung 80 misst die Temperatur der Behandlungsobjekte M und enthält einen Temperatursensor 80A, der an einem Außenumfang des Behandlungsobjekts M vorgesehen ist, und einen Temperatursensor 80B, der im Zentrum des Innenumfangs des Behandlungsobjekts M vorgesehen ist. Messergebnisse von den Temperatursensoren 80A und 80B werden an den Umrichter 41 ausgegeben. Hier sind Thermoelemente als Temperatursensoren 80A und 80B vorgesehen, jedoch ist es auch möglich, eine Vielzahl von Stellen unter Verwendung von z. B. kontaktlosen Sensoren, wie z. B. Strahlungsthermometern zu messen.
Der Umrichter 41 steuert den Antrieb des Motors 39 entsprechend den Messergebnissen von den Temperatursensoren 80A und 80B.
Als nächstes wird eine Prozedur zum Kühlen eines erwärmten Behandlungsobjekts M in der Kühlkammer 160 in dem oben beschriebenen Vakuum-Wärmebehandlungsofen 100 beschrieben.
Kühlflüssigkeit wird zugeführt, indem sie in Nebelform von den Düsenabschnitten 34 der Nebelkühlvorrichtung 30 auf ein Behandlungsobjekt M gesprüht wird, das in die Kühlkammer 160 transportiert worden ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist es hier z. B. infolge des Diffusionswinkels der Düsenabschnitte 34, der auf 90° eingestellt ist, möglich, die gesamte Seitenfläche (d. h. die äußere Umfangsfläche) des Behandlungsobjekts M zu besprühen. Da außerdem zu diesem Zeitpunkt die Wanne 13 gebildet ist, indem Plattenmaterialien in einem Gittermuster angeordnet sind, gelangt die Kühlflüssigkeit, die aus den diagonal nach unten angeordneten Düsenabschnitten 34 gesprüht wird, von dem Behandlungsobjekt M (d. h. der Wanne 13) durch die Lücken zwischen den Plattenmaterialien und kann unbehindert das Behandlungsobjekt M erreichen und das Behandlungsobjekt M kühlen. Da außerdem die Düsenabschnitte 34 über die gesamte Längsrichtung der Kühlkammer 160 verlaufend vorgesehen sind, wird der vorderen Fläche und der hinteren Fläche in Transportrichtung des Behandlungsobjekts M die Kühlflüssigkeit in Nebelform mit einer vorgegebenen Nebeldichte (einer ersten Nebeldichte) zugeführt, indem sie insbesondere von den Düsenabschnitten 34 versprüht wird, die an beiden Enden der Zufuhrrohrleitung 32 angeordnet sind. Folglich ist es möglich, das Behandlungsobjekt M ohne irgendeine Behinderung durch die latente Wärme der Verdampfung der Kühlflüssigkeit in Nebelform zu kühlen (erster Schritt: gezeigt durch das Symbol K1 in 5).
Da hierbei die Nebeldichte in der Kühlkammer 160 nicht gleichmäßig ist, sondern durch die Platzierung der Düsenabschnitte 34 und dergleichen verteilt wird, treten Unterschiede in der Kühlleistung auf, mit der das Behandlungsobjekt M gekühlt wird. Genauer, wenn bei dem Behandlungsobjekt in der vorliegenden Ausführungsform ein Zwischenraum in einem zentralen Abschnitt gebildet wird, werden Unterschiede in der Kühlleistung hervorgerufen, die durch Unterschiede der Nebeldichte zwischen der Umgebung der Außenumfangsabschnitte und der Umgebung der Innenumfangsabschnitte hervorgerufen werden, wobei dies zu Temperaturunterschieden führt.
Da, wie z. B. in 4 gezeigt ist, die Temperaturreduktion für eine Temperatur TA an denjenigen Stellen, an denen eine hohe Nebeldichte vorliegt, schneller ist und eine bessere Kühlwirkung erzielt wird als für eine Temperatur TB derjenigen Steilen, an denen eine geringe Nebeldichte und eine geringere Kühlwirkung vorhanden ist, wird eine Temperaturdifferenz TS mit der Zeit größer.
Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatursensoren 80A und 80B jeweils an der Außenumfangsfläche und der Innenseite der Innenumfangsfläche des Behandlungsobjekts M angeordnet, da vorausgesetzt wird, dass diese Stellen die größte Temperaturdifferenz bieten.
Wenn die Temperaturdifferenz TS des Behandlungsobjekts M, die anhand von Messergebnissen von den Temperatursensoren 80A und 80B bestimmt worden ist, einen vorgegebenen Schwellenwert (z. B. 10°C) überschreitet (d. h. zum Zeitpunkt T1), dient der Umrichter 41 als Umschaltvorrichtung und steuert den Antrieb des Motors 39 so, dass die Zufuhr von Nebel von den Düsenabschnitten 34 der Nebelkühlvorrichtung 30 gestoppt wird.
Als Ergebnis nimmt die Nebeldichte in der Kühlkammer 160 insbesondere in der Nähe des Außenumfangs des Behandlungsobjekts M ab (um eine zweite Nebeldichte anzunehmen), wobei das Behandlungsobjekt M mit einer geringeren Kühlwirkung gekühlt wird als im ersten Schritt (zweiter Schritt: durch das Symbol K2 in 5 gezeigt). Zu diesem Zeitpunkt nimmt im Behandlungsobjekt M der Temperaturunterschied TS ab, da Wärme von den Abschnitten mit hoher Temperatur mittels Wärmeleitung zu Abschnitten mit niedriger Temperatur übertragen wird.
Nachdem der Temperaturunterschied TS unter einen vorgegebenen Schwellenwert gefallen ist (z. B. 10 °C), wird die Kühlflüssigkeit in Nebelform erneut von den Düsenabschnitten 34 zugeführt und in die Kühlkammer 160 gesprüht. Auf diese Weise werden vorgegebene Schwellenwerte festgelegt und der erste Schritt und der zweite Schritt werden abwechselnd wiederholt, bis unter Verwendung der Messergebnisse von den Temperatursensoren 80A und 80B festgestellt wird, dass das Behandlungsobjekt M eine vorgegebene Temperatur erreicht hat.
Hierbei ist es möglich, die Nebelzufuhr zu stoppen oder die Nebelzufuhr wiederaufzunehmen, sobald der jeweilige Schwellenwert überschritten wird, wobei jedoch, um eine Situation zu vermeiden, in der der Motor 39 und die Pumpe 38 wiederholt für kurze Intervalle betrieben werden, so dass die Last zu groß wird, vorzugsweise z. B. der Antrieb des Motors 39 und der Pumpe 38 gestartet oder gestoppt werden, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne (z. B. 5 Sekunden) verstrichen ist, nachdem der Schwellenwert überschritten worden ist.
Statt eine Verzögerungszeit festzulegen, ist es außerdem möglich, eine Differenztemperatur (z. B. 2°C) festzulegen und die Nebelkühlung zu stoppen, wenn die Temperaturdifferenz TS 12°C überschritten hat, und anschließend die Nebelkühlung wiederaufzunehmen, wenn die Temperaturdifferenz TS unter 8°C gefallen ist.
Während der Zufuhr des Kühlflüssigkeitsnebels wird die Behandlung im Hinblick auf die Verhinderung von Austritt von Kühlflüssigkeit aus dem Vakuumgefäß 1 während der Behandlung vorzugsweise bei weniger als dem Umgebungsluftdruck durchgeführt. Die Kühlflüssigkeit hat wunschgemäß die physikalische Eigenschaft, dass bei Umgebungsluftdruck und bei normaler Temperatur von 25°C ihr Siedepunkt nicht niedriger liegt als derjenige von Wasser (d. h. ein Siedepunkt von nicht weniger als 100°C). Der Grund hierfür liegt darin, dass, da die Temperatur der Kühlflüssigkeit, die als Nebel versprüht worden ist, ansteigt, da sie Wärme mit dem Behandlungsobjekt M austauscht, ein Wärmetauscher (z. B. der Verflüssiger 42) als Einrichtung verwendet wird, um die Kühlflüssigkeit zu kühlen, wobei Wasser im allgemeinen als Wärmetauschmedium verwendet wird.
Genauer wird typischerweise ein Verfahren verwendet, bei dem, da das Wasser, das als Wärmetauschmedium dient, unter Verwendung eines Kühlturms gekühlt wird, es am besten zwischen etwa 40 und 50°C verwendet wird (d. h. die Temperatur der Kühlflüssigkeit nach dem Wärmetausch (d. h. die Temperatur, mit der der Kühlflüssigkeitsnebel zugeführt wird) liegt zwischen etwa 40 und 50°C), im Hinblick auf die optimale Wärmetauschwirkung mit der Kühlflüssigkeit. Da außerdem die Kühlflüssigkeit eine Wärmemenge absorbiert, die der Differenz zwischen ihrem Siedepunkt und der Temperatur des Behandlungsobjekts M entspricht, ist es dann, wenn eine noch größere Wärmemenge absorbiert werden soll, wünschenswert, dass die Kühlflüssigkeit einen Siedepunkt bei einer Temperatur von etwa 30 bis 50°C über der Temperatur, mit der der Kühlflüssigkeitsnebel zugeführt wird, aufweist. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass der Siedepunkt der Kühlflüssigkeit nicht niedriger ist als derjenige von Wasser (d. h. nicht niedriger als 100°C).
Genauer, wenn z. B. eine reaktionsträge Flüssigkeit auf Fluor-Basis mit einem Siedepunkt von 131°C bei einer normalen Temperatur von 25°C und bei weniger als dem Umgebungsluftdruck (101 kPa (abs)) verwendet wird, wird vorzugsweise die Behandlung unter Bedingungen durchgeführt, die ungefähr zwischen einem kontrollierten Umgebungsluftdruck von 55 kPa (abs), bei dem der Siedepunkt gleich 110°C ist, und einem kontrollierten Umgebungsluftdruck von 20 kPa (abs), bei dem der Siedepunkt gleich 80°C ist, liegen.
Da außerdem die Kühlflüssigkeit eine Wärmemenge absorbiert, die der Differenz zwischen dem Siedepunkt der Kühlflüssigkeit und der Temperatur des Behandlungsobjekts M entspricht, ist es dann, wenn auf die Unterdrückung jeglicher Ungleichmäßigkeit der vom Wärmebehandlungsobjekt M absorbierten Wärme geachtet wird, wünschenswert, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur, mit der der Kühlflüssigkeitsnebel zugeführt wird, und dem Siedepunkt der Kühlflüssigkeit konstant gehalten wird.
Genauer, wenn eine Reduktion der Temperatur, mit der der Kühlflüssigkeitsnebel zugeführt wird, vorliegt, ist es wünschenswert, den gesteuerten Umgebungsluftdruck so anzuheben, dass der Siedepunkt der Kühlflüssigkeit um ein Maß gesenkt wird, das der Größe der Kühlnebeltemperaturreduktion entspricht. Wenn andererseits eine Erhöhung der Temperatur, mit der der Kühlnebel zugeführt wird, vorliegt, ist es wünschenswert, den gesteuerten Umgebungsluftdruck so zu senken, dass der Siedepunkt der Kühlflüssigkeit um ein Maß ansteigt, das der Größe der Kühlnebeltemperaturerhöhung entspricht. Es ist zu beachten, dass der gesteuerte Umgebungsluftdruck gesenkt wird, indem das Gas innerhalb des Gefäßes unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Vakuum-Austreibungsvorrichtung ausgetrieben wird.
Indessen wird das Kühlgas von den Strahldüsen 24 in der Gaskühlvorrichtung 20 zugeführt und auf das Behandlungsobjekt M geblasen. Des Behandlungsobjekt M wird durch das geblasene Kühlgas direkt gekühlt, wobei die Kühlflüssigkeit, die in Nebelform in die Kühlkammer 160 gesprüht wird, durch die Strömung des Kühlgases verteilt wird. Folglich kann die Atmosphäre innerhalb der Kühlkammer 160 gleichmäßig gehalten werden.
Im Fall der Kühlung, die diese Kühlflüssigkeit in Nebelform nutzt, ist es möglich, Kühlflüssigkeit kontinuierlich zuzuführen und einen Wärmeaustausch mit dem Behandlungsobjekt M durchzuführen. Dadurch ist es möglich, eine kontinuierliche Kühlungsbehandlung an einem Behandlungsobjekt M vorzunehmen, wobei keine Nachteile vorhanden sind, die auftreten, wenn das Behandlungsobjekt M in einer Kühlflüssigkeit untergetaucht wird, wie z. B. eine Verschlechterung der Kühlwirkung, die durch eine Reduktion der Kontaktfläche mit der Kühlflüssigkeit hervorgerufen wird, die sich aufgrund von Blasen ergibt, die durch Sieden erzeugt werden, wenn die Kühlflüssigkeit mit dem heißen Behandlungsobjekt M in Kontakt kommt, oder wie z. B., dass die Menge dieser Blasen weiter zunimmt, so dass ein Dampffilm gebildet wird, der dann eine Isolationsschicht bildet, was zu einer deutlichen Reduktion der Kühlwirkung führt.
Die Kühlflüssigkeit, die in Nebelform der Kühlkammer 160 zugeführt wird, wird an der Innenwandfläche des Vakuumgefäßes 1 und im Verflüssiger 42 verflüssigt und sammelt sich im Bodenbereich des Vakuumgefäßes 1. Durch Antreiben des Motors 39 und Betätigen der Pumpe 38, wenn das Absperrventil 26 im Gasrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 23 geschlossen ist und das Absperrventil 36 im Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 33 offen ist, wird die angesammelte Kühlflüssigkeit der Sammelrohrleitung 31 zugeführt, so dass sie über das Rohrleitungssystem 37 zirkuliert. Genauer, wenn der Sensor 40 erfasst, dass der Luftdruck innerhalb der Kühlkammer 160 gesunken ist, so dass die Menge an Kühlflüssigkeit, die zugeführt und versprüht wird, ebenfalls abgenommen hat, ist es durch Steuern des Antriebs des Motors 39 mittels des Umrichters 41 so, dass die Menge der zugeführten Kühlflüssigkeit angepasst wird, möglich, konstant die optimale Menge an Kühlflüssigkeit der Sammelrohrleitung 31 zuzuführen.
Ferner wird auch Kühlgas, das der Kühlkammer 160 zugeführt wird, umgewälzt und wiederverwendet.
Genauer wird durch Verschließen des Absperrventils 36 im Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 33 und Öffnen des Absperrventils 26 im Gasrückgewinnungs- und Zufuhrsystem 23 Kühlgas, das von der Kühlkammer 160 in die Gasabführungsrohrleitung 25 geleitet worden ist, im Wärmetauscher 27 erneut gekühlt und kann durch Betätigen des Gebläses 28 zugeführt werden, um somit zur Sammelrohrleitung 21 zu zirkulieren.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es in der vorliegenden Ausführungsform durch Wiederholen eines ersten Schritts, in dem ein Behandlungsobjekt M mit einer ersten Nebeldichte gekühlt wird, abwechselnd mit einem zweiten Schritt, in dem das Behandlungsobjekt M mit einer zweiten Nebeldichte gekühlt wird, möglich, eine Temperaturdifferenz TS im Behandlungsobjekt M während der Kühlungsbehandlung zu reduzieren. Folglich ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Verformung des Behandlungsobjekts M, die aus der Kühlungsbehandlung resultiert, zu unterdrücken, und ferner jegliche Schwankung der Härteverteilung im Behandlungsobjekt M nach der Wärmebehandlung zu unterdrücken und dementsprechend ein Behandlungsobjekt mit hoher Qualität zur Verfügung zu stellen.
Genauer, da in der vorliegenden Ausführungsform die Zufuhr des Kühlflüssigkeitsnebels im zweiten Schritt eingestellt wird, kann eine maximale Dichte zwischen den ersten und zweiten Nebeldichten erreicht werden, wobei es möglich wird, die Temperaturdifferenz TS im Behandlungsobjekt M wirksamer zu reduzieren.
Da außerdem in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur des Behandlungsobjekts M an mehreren Stellen gemessen wird, genauer an Stellen mit einer höheren Kühlwirkung und an Stellen mit einer geringeren Kühlwirkung, und da der erste Schritt und der zweite Schritt entsprechend den Ergebnissen solcher Messungen abgewechselt werden, ist es möglich, eine Wärmebehandlung durchzuführen, die eine hohe Produktivität auf der Grundlage eines automatischen Betriebs zur Verfügung stellt. Da es außerdem während des Abschreckens und dergleichen möglich ist, eine gewünschte Kühlkurve einzustellen (d. h. eine Beziehung zwischen Zeit- und Temperatursenkungseigenschaften vorzusehen) und das Behandlungsobjekt M zu kühlen, während diese Kühlkurve befolgt wird, kann selbst dann, wenn die Wärmebehandlung, wie z. B. die Abschreckung und dergleichen, z. B. an einem Stahlmaterial-Behandlungsobjekt M durchgeführt wird, die Kühlung weiter unter einer Bedingung durchgeführt werden, in der keine Perlit-Struktur gebildet wird, die das Stahlmaterial härtet und eine Versprödung des Stahlmaterials bewirkt, wobei ein Behandlungsobjekt M mit hoher Qualität erhalten werden kann.
Es ist zu beachten, dass in der oben beschriebenen Ausführungsform bevorzugt reaktionsträge Flüssigkeiten auf Fluor-Basis als Kühlflüssigkeit verwendet werden können.
Wenn eine reaktionsträge Flüssigkeit auf Fluor-Basis verwendet wird, ist es möglich, irgendwelche nachteiligen Wirkungen auf das Behandlungsobjekt M zu verhindern, ohne dass das Bestandteilmaterial des Behandlungsobjekts M verletzt wird. Da außerdem reaktionsträge Flüssigkeiten auf Fluor-Basis nicht entflammbar sind, kann auch die Sicherheit verbessert werden. Da ferner reaktionsträge Flüssigkeiten auf Fluor-Basis einen höheren Siedepunkt aufweisen als Wasser, besitzen sie ein größeres Kühlpotential, wobei solche Probleme wie Oxidation und Dampffilme und dergleichen, die auftreten, wenn Wasser verwendet wird, ebenfalls kontrolliert werden können. Zusätzlich hierzu weisen sie überlegene Wärmeübertragungsfähigkeiten in Bezug auf die latente Verdampfungswärme auf, und sind fähig, ein Behandlungsobjekt M wirksam zu kühlen. Ferner wird auch die Produktivität verbessert, da es nicht notwendig ist, eine reaktionsträge Flüssigkeit auf Fluor-Basis abzuwaschen, selbst wenn sie an dem Behandlungsobjekt M haftet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die verschiedenen Konfigurationen und Kombinationen und dergleichen der jeweiligen Bestandteile, die in dem oben beschriebenen Beispiel dargestellt sind, sind einfache Beispiele derselben, wobei auf der Grundlage der Gestaltungsanforderungen und dergleichen verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, sofern sie nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Zum Beispiel wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Zufuhr der Kühlflüssigkeit in Nebelform im zweiten Schritt eingestellt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt; es ist auch möglich, die Zufuhr von Kühlflüssigkeitsnebel im zweiten Schritt fortzusetzen, vorausgesetzt, dass die Dichte geringer ist als die Nebeldichte der im ersten Schritt zugeführten Kühlflüssigkeit.
Die Nebeldichte kann eingestellt werden durch Einstellen der Kühlflüssigkeitszufuhrmenge unter Verwendung des oben erwähnten Motors 39 und der Pumpe 38, oder durch Einstellen des Zufuhrdrucks, oder durch Einstellen der Zufuhrzeit (d. h. durch Ausführen einer Häufigkeitseinstellung unter Verwendung einer Drosselklappe oder dergleichen). In jedem von diesen Fällen können die ersten und zweiten Nebeldichten geeignet eingestellt werden, entsprechend ihrer Fähigkeit zum Kühlen des Behandlungsobjekts M.
Außerdem sind in der oben beschriebenen Ausführungsform die Mengen von Kühlflüssigkeit (Nebel), die von den mehreren Düsenabschnitten 34 zugeführt werden, gleichmäßig, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt; es ist auch möglich, die Zufuhrmengen und dergleichen entsprechend den Temperaturmessergebnissen zu variieren. Zum Beispiel kann ein Zufuhrsystem konstruiert werden, das fähig ist, die Zufuhrmenge individuell in jeder der vier Zufuhrrohrleitungen 32 zu steuern, wobei die Zufuhrmenge in jeder individuellen Zufuhrrohrleitung 32 in Abhängigkeit von den Temperaturmessergebnissen erhöht oder gesenkt wird. Es ist auch möglich, ein Absperrventil in jedem Düsenabschnitt 34 vorzusehen und dieses zu verwenden, um die Zufuhrmenge zu jedem Düsenabschnitt 34 einzustellen.
Außerdem wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Temperatur des Behandlungsobjekts M unter Verwendung der Temperatursensoren 80A und 80B gemessen, wobei der erste Schritt und der zweite Schritt abwechselnd entsprechend den gemessenen Temperaturdifferenzen durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt entsprechend einer gegenständlichen Temperatur des Behandlungsobjekts M oder eines Mittelwertes der gemessenen Temperatur umzuschalten.
Statt des Umschalters zwischen den Schritten, während die Temperatur des Behandlungsobjekts M gemessen wird, ist es ferner möglich, z. B. Zusammenhänge zwischen der Zufuhr von Kühlflüssigkeit in Nebelform und der Temperatur (d. h. den Kühlungseigenschaften) des Behandlungsobjekts M durch Ausführen von Versuchen oder Simulationen und dergleichen im Voraus tabellarisch darzustellen und anschließend einen Zeitgeber zu betreiben, während die Zufuhr der Kühlflüssigkeit auf der Grundlage dieser Zusammenhänge eingestellt wird.
Außerdem werden in der oben beschriebenen Ausführungsform Temperaturdifferenzen bestimmt, indem die Temperatur an mehreren Stellen eines einzelnen Behandlungsobjekts M gemessen wird, jedoch kann auch, wie z. B. in 6 gezeigt ist, die vorliegende Erfindung in Fällen angewendet werden, in denen eine Kühlungsbehandlung für mehrere Behandlungsobjekte M durchgeführt wird, die auf Gestellen 15 gelagert sind.
In diesem Fall ist der Temperatursensor 80A auf dem Behandlungsobjekt M unter den mehreren Behandlungsobjekten M vorgesehen, das dort angeordnet ist, wo die Nebeldichte am größten ist (z. B. an einer Außenposition), während der Temperatursensor 80B an dem Behandlungsobjekt M vorgesehen ist, das dort angeordnet ist, wo die Nebeldichte am kleinsten ist (z. B. an einer Innenposition), wobei dann, wie oben beschrieben worden ist, der erste und der zweite Schritt entsprechend den Temperaturdifferenzen, die von diesen Temperatursensoren 80A und 80B gemessen werden, umgeschaltet werden können.
Hierdurch ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, Temperaturdifferenzen zwischen mehreren Behandlungsobjekten M zu steuern/regeln und das Auftreten von Qualitätsmängeln in jedem der Behandlungsobjekte zu begrenzen.
Außerdem wird die Zufuhr der Kühlflüssigkeit in der oben beschriebenen Ausführungsform normalerweise in einem Vakuum durchgeführt, jedoch ist es auch möglich, das oben beschriebene Schutzgas z. B. während der Nebelkühlung zuzuführen.
Normalerweise, wenn der Umgebungsluftdruck hoch ist, steigt der Siedepunkt an, wobei dann, wenn der Umgebungsluftdruck niedrig ist, der Siedepunkt sinkt. Dadurch wird es durch Einstellen der Menge an zugegebenem Schutzgas so, dass der Umgebungsluftdruck steigt, möglich, die Kühlleistungsfähigkeit mittels der latenten Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit zu verbessern, wobei umgekehrt durch Senken des Umgebungsluftdrucks der Siedepunkt gesenkt wird, so dass die Temperaturdifferenz zu der Temperatur der zugeführten Flüssigkeit verringert wird und die Kühlgeschwindigkeit (d. h. die Kühlleistung) gesteuert/geregelt werden kann.
Auf diese Weise ist es durch Einstellen der Menge des zugegebenen Schutzgases möglich, die Kühlleistung für das Behandlungsobjekt M zu steuern, wobei eine genauere Kühlung erreicht werden kann.
Außerdem werden in der oben beschriebenen Ausführungsform die Nebelkühlvorrichtung 30 und die Gaskühlvorrichtung 20 in Kombination miteinander verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt und es ist auch möglich, nur die Nebelkühlvorrichtung 30 vorzusehen.
Außerdem wurden in der oben beschriebenen Ausführungsform Öl, Salz und reaktionsträges Gas auf Fluor-Basis als Beispiele von Kühlflüssigkeiten verwendet, jedoch ist es neben diesen auch möglich, Wasser zu verwenden, wenn die Wirkungen von Oxidation und Dampffilmen und dergleichen vernachlässigbar sind. Wenn Wasser als Kühlflüssigkeitsnebel verwendet wird, dann wird unter Verwendung des gleichen Prinzips wie bei Verwendung der reaktionsträgen Flüssigkeit auf Fluor-Basis vorzugsweise die Behandlung unter Bedingungen durchgeführt, die etwa zwischen einem kontrollierten Umgebungsluftdruck von 70 kPa (abs), bei der der Siedepunkt gleich 90°C ist, und einem kontrollierten Umgebungsluftdruck von 48 kPa (abs), bei dem der Siedepunkt gleich 80°C ist, liegen.
Wenn Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet wird, dann kann es unabhängig davon, ob es in flüssiger Phase oder in Dampfphase vorliegt, sicher ausgetrieben werden, ohne dass irgendeine komplexe Nachbehandlung notwendig ist. Dies ist hinsichtlich der Kosten, die durch die Nachbehandlung und den Umweltschutz entstehen, klar bevorzugt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß der Wärmebehandlungsvorrichtung und dem Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Temperaturverteilung während einer Kühlung zu steuern, wobei es möglich ist, das Hervorrufen von Qualitätsmängeln, wie z. B. Verformung und Ungleichmäßigkeit der Härte, zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

20: Gaskühlvorrichtung,
30: Nebelkühlvorrichtung,
32: Zufuhrrohrleitung (Rohrleitungskörper),
34: Düsenabschnitte,
41: Umrichter (Umschaltvorrichtung),
80: Temperaturmessvorrichtung
100: Vakuum-Wärmebehandlungsofen (Wärmebehandlungsvorrichtung),
160: Kühlkammer,
CU: Kühleinheit,
M: Behandlungsobjekt,
K1: erster Schritt,
K2: zweiter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-028900 [0002]
JP 2009-047227 [0002]
JP 11-153386 A [0004]

Claims

Wärmebehandlungsverfahren, das einen Kühlschritt aufweist, in dem ein erhitztes Behandlungsobjekt unter Verwendung einer Kühlflüssigkeit in Nebelform gekühlt wird, wobei ein erster Schritt, in dem das Behandlungsobjekt mit einer ersten Nebeldichte gekühlt wird, und ein zweiter Schritt, in dem das Behandlungsobjekt mit einer zweiten Nebeldichte gekühlt wird, die weniger dicht ist als die erste Nebeldichte, abwechselnd wiederholt werden.
Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im ersten Schritt der Kühlflüssigkeitsnebel zugeführt wird, und im zweiten Schritt die Zufuhr des Kühlflüssigkeitsnebels gestoppt wird.
Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichte des Kühlflüssigkeitsnebels unter Verwendung der Zufuhrmenge und/oder des Zufuhrdrucks und/oder der Zufuhrzeit der Kühlflüssigkeit eingestellt wird.
Wärmebehandlungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Zusammenhänge zwischen dem Zuführungszustand des Kühlflüssigkeitsnebels und den Temperatureigenschaften des Behandlungsobjekts gespeichert werden, und auf der Grundlage dieser Zusammenhänge die Behandlung zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt umschaltet.
Wärmebehandlungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, ferner enthaltend: einen Schritt, in dem die Temperatur des Behandlungsobjekts gemessen wird; und einen Schritt, in dem die Zufuhr des Kühlflüssigkeitsnebels auf der Grundlage der gemessenen Temperatur gesteuert wird.
Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die Temperatur des Behandlungsobjekts an einer Vielzahl von Stellen gemessen wird, und auf der Grundlage von Temperaturdifferenzen im gemessenen Behandlungsobjekt die Behandlung zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt umschaltet.
Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 5, wobei: die Temperatur in einer Vielzahl von Behandlungsobjekten gemessen wird, und auf der Grundlage von Temperaturdifferenzen zwischen den gemessenen Behandlungsobjekten die Behandlung zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt umschaltet.
Wärmebehandlungsvorrichtung, die einer Kühlkammer Kühlflüssigkeit in Nebelform zuführt und ein erhitztes Behandlungsobjekt kühlt, enthaltend: eine Umschaltvorrichtung, die die Zuführung des Kühlflüssigkeitsnebels abwechselnd zwischen einer ersten Nebeldichte und einer zweiten Nebeldichte, die geringer ist als die erste Nebeldichte, umschaltet.