JP2003166016A

JP2003166016A - 真空浸炭装置

Info

Publication number: JP2003166016A
Application number: JP2001365191A
Authority: JP
Inventors: Masaki Minamiguchi; 雅紀南口; Takeshi Isotani; 武史磯谷; Joji Hachisuga; 譲二蜂須賀
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】複数回の焼き入れ処理を行う浸炭処理の工程
時間を短縮する真空浸炭装置の提供。【解決手段】気密容器１と、気密容器１内を真空引き
することで気密容器１内の酸素を除去する真空ポンプ２
と、真空引きされた気密容器１内にアセチレンガスを送
入するガス送入配管４と、気密容器１内に配設され炭素
系ガスを含む雰囲気中で鋼部材１２をオーステナイト域
まで加熱するガス加熱炉７と、ガス加熱炉７によって加
熱された鋼部材１２をマルテンサイト域まで冷却する冷
却ファン８と、真空ポンプ２、ガス送入配管４、ガス加
熱炉７及び冷却ファン８を制御する制御装置とを備えた
真空浸炭装置において、冷却ファン８は気密容器１内に
不活性ガスを送入する不活性ガス送入配管６を備え、ガ
ス加熱炉７によってオーステナイト域まで昇温された鋼
部材１２を不活性ガスによって冷却することを特徴とす
る真空浸炭装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の真空浸炭処理
装置及びその方法に関し、特に焼き入れされる鋼の冷却
装置及び冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の鋼の熱処理方法として特
開平１１−２１７６２６に記載されているものがある。
この熱処理方法は炭化系ガスを含む大気圧における雰囲
気中にて鋼をオーステナイト域まで昇温させた後に油中
でマルテンサイト域まで急冷却して前記鋼を浸炭焼入れ
する工程を含む、いわゆる浸炭焼入法である。近年、鋼
製部品のより好適な表面硬化を目的として、焼き入れを
複数回行うことが多くなってきており、従来技術でも１
次焼き入れ工程、２次焼き入れ工程を行っている。これ
らの焼き入れ工程において加熱した鋼を油中で急冷却す
る場合、１次焼き入れ工程と２次焼き入れ工程の間に、
１次焼き入れ工程における急冷時に鋼に付着した油を洗
浄して除去する洗浄工程が必要となり、１次焼き入れ工
程と２次焼き入れ工程を連続して行うことができなかっ
た。このため、複数回焼き入れ工程を含む鋼の熱処理の
工程時間が延びていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】複数回の焼き入れ処理
を行う浸炭処理の工程時間を短縮する真空浸炭装置及び
その方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために講じた第１の技術的手段は請求項１に示す
ように、気密容器と、該気密容器内を真空引きすること
で前記気密容器内の酸素を除去する真空引き手段と、真
空引きされた前記気密容器内に炭素系ガスを送入するガ
ス送入手段と、前記気密容器内に配設され炭素系ガス雰
囲気中で鋼をオーステナイト域まで加熱する加熱手段
と、該加熱手段によって加熱された前記鋼をマルテンサ
イト域まで冷却する冷却手段と、前記真空引き手段、前
記ガス送入手段、前記加熱手段及び前記冷却手段を制御
する制御手段とを備えた真空浸炭装置において、前記冷
却手段は前記気密容器内に不活性ガスを送入する不活性
ガス送入手段を備え、前記加熱手段によってオーステナ
イト域まで昇温された前記鋼を前記不活性ガスによって
冷却することを特徴とする真空浸炭装置を構成したこと
である。

【０００５】上記の構成によれば、鋼を不活性ガスによ
り冷却できるため、油中で冷却する装置とは異なり、焼
き入れ工程後に鋼表面に付着物が残らないため、次に行
う焼入れ工程の前に前記付着物を除去する洗浄工程が不
要になる。これにより、複数回の焼き入れ工程を連続し
て行うことができ、真空浸炭処理の工程時間を短縮でき
る。

【０００６】より好ましくは請求項２に示すように、前
記鋼の周囲の酸素を除去するため、前記鋼を収容した気
密容器内を真空引きする第１工程と、前記気密容器内に
炭素系ガスを送入して炭素系ガス雰囲気中で前記鋼をオ
ーステナイト域まで加熱する第２工程と、前記第２工程
で加熱された鋼を前記不活性ガスによりマルテンサイト
域まで冷却する第３工程を含み、第３工程終了後、この
うち少なくとも前記第２工程を１回以上行うことを特徴
とする真空浸炭処理方法としたことである。

【０００７】第１乃至３工程を終了後、第２工程を行う
場合、第３工程で前記鋼を不活性ガスにより冷却するた
め、第３工程後に前記鋼表面に付着物が残らず、再び第
２工程を行う前に前記鋼を洗浄する必要がなくなる。こ
のため、複数回の第２工程を含む真空浸炭処理方法にお
いて洗浄工程を省くことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である真空浸
炭浸窒装置の構成を図１に基づいて以下に説明する。

【０００９】図１は本実施形態の真空浸炭浸窒装置の概
略的ブロック図である。

【００１０】真空浸炭浸窒装置の主な構成品は気密容器
１内に収容されている。気密容器１には真空ポンプ２が
接続されており、真空ポンプ２による減圧に耐えられる
構造となっている。更に気密容器１の一端側（図１右端
側）にはその外部からガス送入配管３，４，５が、他端
側（図１左端側）には及び不活性ガス送入配管６が接続
されている。

【００１１】ガス送入配管３は窒素ガス（Ｎ_２）を、ガ
ス送入配管４はアセチレンガス（Ｃ _２Ｈ_２）を、ガス送
入配管５はアンモニア（ＮＨ_３）をそれぞれ図示しない
供給装置から供給するよう構成されている。ガス送入配
管４、５、６の近傍にはガス加熱炉７が配設されてい
る。ガス加熱炉７は図示しない耐熱合金製のＵ字管を備
え、Ｕ字管の一端でガスを燃焼し、発生した燃焼ガスを
Ｕ字管内に通した後、Ｕ字管の他端から排気する構造を
有している。Ｕ字管の対向する直管部分の間に加熱され
る鋼部材１２が配置され、Ｕ字管外周部からの輻射熱
と、ガス送入管３に送入された窒素ガスの対流によって
鋼部材１２は加熱される。

【００１２】炭素系ガスとアンモニア雰囲気内において
ガス加熱炉７により鋼部材１２を加熱できるようにガス
送入配管４、５は配設されている。

【００１３】また、気密容器１の他端側（図１左端側）
には不活性ガス送入配管６が接続されている。不活性ガ
ス送入配管６は窒素ガス（Ｎ_２）を別の図示しない供給
装置から供給するように構成されている。

【００１４】以上述べたように、気密容器１の一端側に
は鋼部材１２を加熱する装置が配設されている。一方、
気密容器１の他端側（図１左端側）には加熱された鋼部
材１２を冷却する装置が配設されている。

【００１５】気密容器１他端側には冷却ファン８がハウ
ジング９に収容されて配設されている。気密容器１他端
側に接続される不活性ガス送入配管６はハウジング９内
に開口しており、不活性ガス送入配管６によって送入さ
れた窒素ガスが気密容器１内に流入するようになってい
る。流入した窒素ガスは冷却ファン８により、冷却ファ
ン８の下に配置された鋼部材１２に吹き付けられるよう
調整されている。冷却ファン８は気密容器外の図示しな
いモータにより駆動される。

【００１６】気密容器１の一端側から他端側にかけてレ
ール１０が敷設されている。レール１０は気密容器１の
一端側にあるガス加熱炉７のＵ字管の間から気密容器１
の他端側にある冷却ファン８の直下まで敷設されてい
る。本実施例の真空浸炭浸窒装置では、鋼部材１２を浸
炭処理する間、鋼部材１２は図示しない移動装置により
このレール１０の上を移動する。

【００１７】また、気密容器１の一端側と他端側の間に
は上下に摺動する断熱壁１１が配設されている。断熱壁
１１は一端側の鋼部材１２を加熱する装置と他端側の冷
却する装置を断熱区画して焼き入れ処理における熱効率
を維持するものである。浸炭処理の際に鋼部材１２が気
密容器１の一端側から他端側へ移動する際には、鋼部材
１２がレール１０上を移動できるように断熱壁１１は上
へ摺動する。

【００１８】ガス送入配管３，４，５及び不活性ガス送
入配管６による各種ガスの温度、圧力、供給量や、ガス
加熱炉７の加熱温度、冷却ファン８の回転速度、レール
１０上の鋼部材１２の移動時期等の制御は全て図１に図
示しない制御装置により制御され、この浸炭装置による
鋼部材１２の浸炭処理は自動化されている。

【００１９】次に、本発明の実施形態である真空浸炭浸
窒装置の作動を図１乃至３に基づいて以下に説明する。

【００２０】図１は本実施形態の真空浸炭浸窒装置の加
熱，図２は真空浸炭浸窒装置の作動状態の概略を示す模
式図である。

【００２１】本実施形態における真空浸炭浸窒装置が行
う処理は主に以下の第1乃至３工程からなる。以下各装
置の作動は図示しない制御装置が制御する。

【００２２】＜第１工程＞気密容器１を開けて一端側
（図１右端側）のガス加熱炉７内に鋼部材１２を配置す
る。図１に示すように鋼部材１２はレール１０上に載置
され、図示しない移動装置で移動可能となっている。鋼
部材１２の配置後、気密容器１を閉じて気密状態にし、
真空ポンプ２を作動して気密容器１内を真空引きする。
この真空引きにより、気密容器１内の酸素分子が除去さ
れる。真空ポンプ２はこの後も作動し続けて気密容器を
真空引きし続ける。

【００２３】＜第２工程＞第１工程によって真空状態に
なっている図１に示す気密容器１内にガス送入配管３、
４、５により、窒素ガス、アセチレンガス（炭素系ガ
ス）、アンモニアが送入され、ガス加熱炉７の周囲にこ
れら３種類のガスによる雰囲気が発生する。ガス加熱炉
７は図３に示すヒートパターンに基づいて、ガス加熱炉
７内に配置された鋼部材１２をオーステナイト域まで昇
温して所定温度（８２０〜９５０℃）で所定時間（数時
間）加熱する。この時、鋼部材１２の表面に炭素及び窒
素が拡散される。上記の通り鋼部材１２を加熱後、制御
装置は図１に示す矢印上方向へ断熱壁１１を持ち上げ鋼
部材１２を気密容器の一端側から他端側へ移送する。

【００２４】＜第３工程＞第２工程の後、図２に示すよ
うに気密容器１の一端側から移送されてきた鋼部材１２
は冷却ファン８の直下に配置される。不活性ガス送入配
管６により、ハウジング９内側へ冷媒となる不活性ガス
である窒素ガスが１００〜９００ｋＰａのガス圧で供給
される。制御装置は図３に示すヒートパターンに基づい
て、冷却ファン８直下に配置された鋼部材１２の表層を
マルテンサイト域の所定温度まで急冷却する。

【００２５】以上の第１乃至３工程により鋼部材１２は
真空浸炭焼き入れされる。この３工程で鋼部材１２の表
面がオーステナイトからマルテンサイトに変態すること
により、鋼部材１２の表面の転位密度が高くなるだけで
なく、表面付近に炭窒化物が形成される。

【００２６】この状態の鋼部材１２に図３に示すよう
に、再び上述した第２、第３工程と同様な真空浸炭焼き
入れを行うと、二度目の（以後２次と呼ぶ）第２工程で
鋼部材１２を加熱時、上記鋼部材１２の表面に既に高い
密度で存在する転位や炭窒化物を核としてオーステナイ
ト結晶粒（及び結晶粒界）が鋼部材１２内に多く生成さ
れる。これに続く２次第３工程で鋼部材１２を急冷却す
ると、更に細かいマルテンサイト結晶粒が生成され、且
つ増加した結晶粒界に多くの炭窒化物が導入されること
で鋼部材１２の表面の硬度は更に向上する。

【００２７】本技術の主要部分である不活性ガス（本実
施形態においては窒素ガス）による冷却による効果は以
下の通りである。不活性ガス（窒素ガス）による冷却で
は油中での冷却と異なり、冷却後の鋼部材１２表面に残
留物が無いため、残留物を除去するための洗浄工程が不
要になる。特に上述のように複数回の真空浸炭浸窒焼き
入れを行う場合、２次以降の真空浸炭浸窒焼き入れの前
に洗浄工程が不要となるので工程時間の大幅な削減につ
ながる。

【００２８】また、従来の真空浸炭浸窒処理は通常油焼
き入れで行われるため、結果的に鋼部材１２の冷却温度
はかなり低くなる。このため鋼部材１２の比較的内部ま
でがマルテンサイト化する。これに対して本実施形態で
ある真空浸炭浸窒装置では、図１、２に示すように気密
容器内で真空浸炭浸窒焼き入れの第１乃至３工程が連続
して行われるので、冷却される鋼の温度を必要以上に下
げることなく焼き入れを行うことができる。実際、送入
ガス圧９００ｋＰａで２次真空浸炭焼き入れ後の鋼部材
１２の組織を検証した結果、鋼部材１２の表面硬度に関
わる結晶粒径は油中の冷却を採用したガス浸炭焼き入れ
した場合と同等以上の結果が得られている。更に、必要
限度内に冷却温度を維持できるため鋼部材１２のごく表
面付近のみ浸炭焼き入れが可能になり、焼き入れによる
鋼部材１２の熱処理歪みを抑制することできる。

【００２９】尚、本実施形態では真空浸炭浸窒装置及び
真空浸炭浸窒処理方法について述べたが、本発明は真空
浸炭装置及び真空浸炭処理方法及び真空浸窒装置及び真
空浸窒処理方法においても好適に適用される。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、複数回の焼き入れ処理を
行う浸炭処理の工程時間を短縮する真空浸炭装置及びそ
の方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の真空浸炭浸窒装置の加熱工程にお
ける作動の概略を示す模式図である。

【図２】本実施形態の真空浸炭浸窒装置の冷却工程にお
ける作動の概略を示す模式図である。

【図３】本実施形態の真空浸炭浸窒処理方法の鋼部材の
加熱・冷却方法を示す、ヒートパターンである。

【符号の説明】

２真空ポンプ（真空引き手段）３ガス送入配管（ガス送入手段）４ガス送入配管（ガス送入手段）５ガス送入配管（ガス送入手段）６不活性ガス送入配管（不活性ガス送入手段）７ガス加熱炉（加熱手段）８冷却ファン（冷却手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｄ 7/06 Ｆ２７Ｄ 7/06 Ａ 9/00 9/00 Ｆターム(参考） 4K034 AA19 CA04 CA05 DB02 DB03 DB08 FA02 FB15 4K063 AA05 AA13 AA16 BA02 CA06 DA07 DA19 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密容器と、該気密容器内を真空引きす
ることで前記気密容器内の酸素を除去する真空引き手段
と、真空引きされた前記気密容器内に炭素系ガスを送入
するガス送入手段と、前記気密容器内に配設され炭素系
ガス雰囲気中で鋼をオーステナイト域まで加熱する加熱
手段と、該加熱手段によって加熱された前記鋼をマルテ
ンサイト域まで冷却する冷却手段と、前記真空引き手
段、前記ガス送入手段、前記加熱手段及び前記冷却手段
を制御する制御手段とを備えた真空浸炭装置において、
前記冷却手段は前記気密容器内に不活性ガスを送入する
不活性ガス送入手段を備え、前記加熱手段によってオー
ステナイト域まで昇温された前記鋼を前記不活性ガスに
よって冷却することを特徴とする真空浸炭装置。
【請求項２】前記鋼の周囲の酸素を除去するため、前
記鋼を収容した気密容器内を真空引きする第１工程と、
前記気密容器内に炭素系ガスを送入して炭素系ガス雰囲
気中で前記鋼をオーステナイト域まで加熱する第２工程
と、前記第２工程で加熱された鋼を前記不活性ガスによ
りマルテンサイト域まで冷却する第３工程を含み、第３
工程終了後、このうち少なくとも前記第２工程を１回以
上行うことを特徴とする真空浸炭処理方法。