JP2017025350A - Method and apparatus for hardening surface of steel material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼材の表面を硬化処理する方法と装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for hardening a surface of a steel material.
エンジン等の駆動部品には、所要の動力伝達機能を果たすために、耐摩耗性や面圧疲労強度といった品質が必要であり、これらの品質確保のために、部品である鋼材の表面に炭素あるいは窒素を含浸拡散させて表面層の炭素量あるいは窒素量を増加させる浸炭処理あるいは浸窒処理が行われる。大気雰囲気中で鋼材表面に浸炭処理あるいは浸窒処理を施す方法および装置も提案されており、特許文献1には、浸炭装置としてのその一例が記載されている。 Drive parts such as engines require quality such as wear resistance and surface fatigue strength in order to perform the required power transmission function. To ensure these qualities, the surface of the steel material is carbon or Carburizing treatment or nitriding treatment for increasing the amount of carbon or nitrogen in the surface layer by impregnating and diffusing nitrogen is performed. A method and apparatus for carburizing or nitriding the surface of a steel material in an air atmosphere have also been proposed. Patent Document 1 describes an example of a carburizing apparatus.
この浸炭装置は、図7に示すように、鋼材であるワークWを加熱する加熱手段10と、前記ワークWに対して浸炭ガスを吹き付けるノズル20とを備え、加熱手段10によって加熱されたワークWの浸炭必要部位W1に、爆発限界未満の濃度の浸炭ガスを、ノズル20から直接吹き付けることで、浸炭処理を行うようにしている。
As shown in FIG. 7, the carburizing apparatus includes a
特許文献1に記載される形態の大気雰囲気中で鋼材表面に浸炭処理施す方法および装置において、処理時に、処理ガスである浸炭ガスが加熱されたワークWの浸炭必要部位W1に吹き付けられるが、浸炭ガスの吹き付けによりワークWの表面温度が低下するのを避けられない。ワークWの表面温度が設定温度より低下すると浸炭能力が低下し、浸炭ができなくなるか、浸炭深さが不十分となる恐れがある。それを解決するために、ガス吹き付けにより温度低下する分、ワークWの温度を予め高くしておくことが考えられるが、所望処理温度以上に鋼材であるワークWを加熱すると、結晶粒が粗大化して強度が低下する恐れがある。また、ワークWの周辺で処理ガスが分解し、ワークWの表面に辿りつく浸炭ガス量が少なくなる恐れもある。浸炭ガスを予め温めておくことも考えられるが、鋼材であるワークWの処理温度程度にまで浸炭ガスを加熱することはできない。それらのことから、実際の処理においては、処理時間を長くすることで、表面の温度低下によって生じる不都合をカバーするようにしている。 In the method and apparatus for carburizing the steel material surface in the atmosphere described in Patent Document 1, the carburizing gas, which is the processing gas, is blown to the carburized portion W1 of the heated workpiece W during the processing. It is inevitable that the surface temperature of the workpiece W is lowered by the gas blowing. When the surface temperature of the workpiece W is lower than the set temperature, the carburizing ability is lowered, and carburizing cannot be performed or the carburizing depth may be insufficient. In order to solve this, it is conceivable that the temperature of the workpiece W is increased in advance by the amount of the temperature drop caused by gas blowing, but when the workpiece W, which is a steel material, is heated to a temperature higher than the desired processing temperature, the crystal grains become coarse. The strength may decrease. Further, the processing gas is decomposed around the workpiece W, and the amount of carburizing gas that reaches the surface of the workpiece W may be reduced. Although it is conceivable to warm the carburizing gas in advance, the carburizing gas cannot be heated to the processing temperature of the workpiece W that is a steel material. Therefore, in actual processing, the inconvenience caused by the temperature drop of the surface is covered by extending the processing time.
本発明は、処理ガスの吹き付けによって鋼材であるワークの表面に硬化処理を施す方法および装置において、処理ガスの吹き付けによりワーク表面の温度が低下することによって生じる上記のような不都合を解消することのできる、より改良された鋼材表面の硬化処理方法および装置を提供することを課題とする。 The present invention eliminates the above-mentioned inconvenience caused by the temperature of the workpiece surface being lowered by spraying the processing gas in the method and apparatus for performing the hardening treatment on the surface of the workpiece, which is a steel material, by spraying the processing gas. It is an object of the present invention to provide a more improved method and apparatus for hardening a steel surface that can be performed.
本発明による鋼材表面の硬化処理方法は、高温状態にある鋼材の表面に処理ガスを吹き付けることで当該鋼材の表面を硬化させる鋼材表面の硬化処理方法であって、吹き付けられる処理ガスに接することで生じる鋼材表面の温度低下を当該鋼材を高温状態に保持するための加熱手段とは別の第2の加熱手段によって補助加熱しながら硬化処理を行うことを特徴とする。 The steel material surface hardening treatment method according to the present invention is a steel material surface hardening treatment method in which the surface of the steel material is hardened by spraying a treatment gas on the surface of the steel material in a high temperature state, by contacting the treatment gas to be blown. Curing treatment is performed while auxiliary heating is performed by a second heating means different from the heating means for maintaining the steel material at a high temperature in order to reduce the temperature drop of the steel material surface.
本発明による鋼材表面の硬化処理方法によれば、処理ガスの吹き付けによって生じる鋼材の表面の温度低下は第2の加熱手段による加熱によって補填されるので、処理時にワークの表面温度は所要の温度に維持されることとなり、処理時間を長くすることなく、所要の硬化処理を終了することができる。また、鋼材であるワークの温度を処理に適した温度以上に高温化することも要しないので、結晶粒が粗大化して強度が低下するのも回避できるとともに、処理ガスが不要に分解してしまうのも回避できる。 According to the method for hardening a steel surface according to the present invention, the temperature drop on the surface of the steel material caused by the spraying of the processing gas is compensated by the heating by the second heating means, so that the surface temperature of the workpiece is set to a required temperature during the processing. Thus, the required curing process can be completed without increasing the processing time. In addition, since it is not necessary to raise the temperature of the workpiece, which is a steel material, to a temperature higher than that suitable for processing, it is possible to prevent the crystal grains from becoming coarse and lowering the strength, and the processing gas is unnecessarily decomposed. Can also be avoided.
本発明による鋼材表面の硬化処理方法の一態様では、前記処理ガスが吹き付けられる部位での鋼材(ワーク)の表面温度を測定し、前記表面温度が所定の温度になるように前記第2の加熱手段による加熱量を制御しながら硬化処理を行うことを特徴とする。この方法によれば、ワーク個間の処理バラつきを低減でき、また、個内のバラつきを低減できる。 In one aspect of the steel material surface hardening treatment method according to the present invention, the surface temperature of the steel material (work) is measured at a portion where the treatment gas is sprayed, and the second heating is performed so that the surface temperature becomes a predetermined temperature. The curing process is performed while controlling the heating amount by the means. According to this method, it is possible to reduce the processing variation between workpieces, and to reduce the variation within the workpiece.
本発明による鋼材表面の硬化処理方法において、第2の加熱手段は所望の位置を局所的に加熱できる手段であれば適宜の加熱手段を用いることができる。好ましくはレーザであるが、他に、赤外線ヒータ(ランプ)のような加熱手段であってもよい。 In the method for hardening a steel surface according to the present invention, any suitable heating means can be used as the second heating means as long as it can locally heat a desired position. Laser is preferable, but heating means such as an infrared heater (lamp) may be used.
本発明による鋼材表面の硬化処理方法は、従来知られた、高温状態にある鋼材の表面に処理ガスを吹き付けることで当該鋼材の表面を硬化させる硬化処理方法のいずれにも適用することができる。例として、処理ガスの吹き付けによる、浸炭処理または浸窒処理を挙げることができる。 The steel material surface hardening treatment method according to the present invention can be applied to any conventionally known hardening treatment method in which the surface of the steel material is hardened by blowing a treatment gas onto the surface of the steel material in a high temperature state. As an example, a carburizing process or a nitriding process by spraying a processing gas can be given.
本発明は、さらに、高温状態にある鋼材の表面に処理ガスを吹き付けることで当該鋼材の表面を硬化させる鋼材表面の硬化処理を行う装置であって、前記装置は、処理対象物である前記鋼材を加熱する第1の加熱手段と、前記鋼材に対して処理ガスを吹き付けるノズルと、前記鋼材における前記ノズルからの処理ガスが吹き付けられる部位を加熱する第2の加熱手段と、を少なくとも備えることを特徴とする鋼材表面の硬化処理を行う装置をも開示する。 The present invention is further an apparatus for performing a hardening treatment on the surface of a steel material by hardening the surface of the steel material by blowing a treatment gas on the surface of the steel material in a high temperature state, and the apparatus is the steel material that is a processing object. A first heating means for heating the steel, a nozzle for blowing a processing gas to the steel material, and a second heating means for heating a portion of the steel material to which the processing gas from the nozzle is blown. An apparatus for performing a hardening treatment on the steel surface is also disclosed.
本発明による鋼材表面の硬化処理を行う装置において、前記鋼材における前記ノズルからの処理ガスが吹き付けられる部位の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段の測定結果に基づき前記第2の加熱手段の加熱量を制御する加熱制御手段と、をさらに備えることは、好ましい態様である。 In the apparatus for hardening a steel surface according to the present invention, a temperature measuring means for measuring a temperature of a portion of the steel material to which a processing gas from the nozzle is blown, and the second heating based on a measurement result of the temperature measuring means. It is a preferable aspect to further include heating control means for controlling the heating amount of the means.
また、本発明による鋼材表面の硬化処理を行う装置において、第2の加熱手段は所望の位置を局所的に加熱できる手段であれば適宜の加熱手段を用いることができる。好ましくはレーザであるが、他に、赤外線ヒータ(ランプ)のような加熱手段であってもよい。 In the apparatus for performing the hardening treatment on the surface of the steel material according to the present invention, any suitable heating means can be used as the second heating means as long as it can locally heat a desired position. Laser is preferable, but heating means such as an infrared heater (lamp) may be used.
本発明による鋼材表面の硬化処理を行う装置は、従来知られた、高温状態にある鋼材の表面に処理ガスを吹き付けることで当該鋼材の表面を硬化させる硬化処理装置のいずれにも適用することができる。例として、処理ガスの吹き付けによる、浸炭処理装置または浸窒処理装置を挙げることができる。 The apparatus for hardening a steel surface according to the present invention can be applied to any of the conventionally known hardening treatment apparatuses that harden the surface of the steel by blowing a treatment gas on the surface of the steel in a high temperature state. it can. As an example, a carburizing treatment apparatus or a nitriding treatment apparatus by spraying a treatment gas can be mentioned.
本発明によれば、高温状態にある鋼材の表面に処理ガスを吹き付けることで当該鋼材の表面を硬化する鋼材表面の硬化処理方法および装置において、処理ガスの吹き付けによって生じる鋼材の表面に生じる温度低下を第2の加熱手段による加熱によって補填することで、処理時に鋼材であるワークの表面温度を所要の温度に維持することが可能となり、結果として、処理時間を長くすることなく、所要の硬化処理を終了することができる。また、鋼材であるワークの温度も処理に適した温度以上に高温化することを要しないので、結晶粒が粗大化して強度が低下するのも回避できる。また、処理ガスが不要に分解してしまうのも抑制することができる。 According to the present invention, in the method and apparatus for hardening a steel surface that hardens the surface of the steel material by blowing the treatment gas onto the surface of the steel material in a high temperature state, the temperature drop generated on the surface of the steel material caused by the blowing of the treatment gas Is compensated by heating by the second heating means, so that the surface temperature of the workpiece, which is a steel material, can be maintained at a required temperature at the time of processing. As a result, the required hardening process can be performed without increasing the processing time. Can be terminated. Moreover, since it is not necessary to raise the temperature of the workpiece | work which is steel materials more than the temperature suitable for a process, it can also avoid that a crystal grain coarsens and intensity | strength falls. In addition, it is possible to suppress unnecessary decomposition of the processing gas.
以下、本発明による鋼材表面の硬化処理方法および装置の実施の一形態を、浸炭方法および浸炭装置を例として、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method and apparatus for hardening a steel surface according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking a carburizing method and a carburizing apparatus as an example.
図1に示すように、浸炭装置Aは、鋼材であるワークWを支持するための適宜の冶具1を備え、ワークWは、該冶具1に対して、回転自在に支持されている。ワークWを囲むようにして円環状の第1の加熱手段10が位置しており、この例では高周波加熱装置を用いている。第1の加熱手段10には、少なくともワークWに求められる浸炭必要部位W1を所要の温度にまで加熱できる加熱手段であれば適宜用いることができ、赤外線ヒータ(ランプ)なども使用できる。また、通電による加熱であってもよい。 As shown in FIG. 1, the carburizing apparatus A includes an appropriate jig 1 for supporting a workpiece W that is a steel material, and the workpiece W is rotatably supported by the jig 1. An annular first heating means 10 is positioned so as to surround the workpiece W, and in this example, a high-frequency heating device is used. As the first heating means 10, any heating means that can heat at least the necessary carburizing portion W <b> 1 required for the workpiece W to a required temperature can be used as appropriate, and an infrared heater (lamp) or the like can also be used. Moreover, the heating by electricity supply may be sufficient.
浸炭装置Aは、ワークWにおける浸炭必要部位W1の軸方向のほぼ中心部に向けて浸炭ガスを吹き付けることのできる位置にノズル20を備える。該ノズル20には、圧力調整装置を備えたガスボンベ21からの浸炭ガスが、マスフローコントローラ22を介して送給される。送給された浸炭ガスは、ノズル20から、ワークWにおける浸炭必要部位W1に向けて吹き付けられる。
The carburizing apparatus A includes a
浸炭装置Aは、浸炭ガスが吹き付けられる部位のワークWの表面温度を測定できる温度測定手段として、放射温度計23を備える。温度測定手段は放射温度計23が好ましいが、これに限らない。温度測定手段が温度を測定する領域は浸炭必要部位W1の全領域であることが好ましく、その平均温度を出力することのできる温度測定手段であることが望ましいが、浸炭必要部位W1の軸方向の中央位置近傍を測温して、その値を出力するようにしても、所期の目的は達成可能である。放射温度計23の温度情報は制御部24に送られる。
The carburizing apparatus A includes a
浸炭装置Aには、前記ノズル20から浸炭ガスが吹き付けられることで温度が低下するワークWの部位W2を加熱することのできる第2の加熱手段として、レーザ発振手段25を備える。レーザ発振手段25は従来知られたものであってよい。レーザ発振手段25からのレーザのエネルギーにより、前記した温度が低下した部位W2が加熱される。第2の加熱手段によって加熱される領域は、ワークWにおける浸炭ガスが吹き付けによって温度が低下する領域のすべてであることが好ましく、そのために、レーザ発振手段25はレーザの照射領域をワークWの軸方向に調整できるものであるか、または、レーザのビーム径を可変にして面として加熱できるものが好ましい。鋼材であるワークWは熱伝導性を有しているので、局所的な加熱であっても差支えない。なお、図1で30はケーシングであるが、省略可能である。
The carburizing apparatus A includes a
一つの態様では、放射温度計23による温度監視部位と、レーザ発振手段25のレーザノズルからのレーザ照射部位とが同一部位となるように、放射温度計23とレーザ発振手段25とを位置制御する。その際に、前記「同一部位」は、ワークWにおける浸炭必要部位W1の軸方向のほぼ中心部とすることが望ましい。それにより、浸炭処理中に、放射温度計23とレーザ発振手段25に対して格別の位置制御を行うことなく、温度低下部位を確実に加熱することが可能となる。
In one aspect, the
レーザ発振手段25からのレーザ出力は、前記した制御部24からの信号により制御される。一つの態様は、制御部24が、前記放射温度計23からの温度情報に基づき、ワークWの浸炭必要部位W1の温度が、当初の温度、すなわち浸炭ガス吹き付け前の温度から浸炭ガスの吹き付けによってどの程度だけ温度低下したかを継続的に判断し、その温度低下を補填できるだけのエネルギーをレーザ出力するように、制御部24がレーザ発振手段25を制御する態様である。このようにレーザ発振手段25の出力制御を行うことで、ワークWの浸炭必要部位W1の温度を所要の温度に継続して維持することが可能となり、所期通りの浸炭処理が進行し、所望の浸炭深さを得るための浸炭処理時間を短縮化することができる。
The laser output from the laser oscillating means 25 is controlled by a signal from the
実機の運転実績から、または演算により、浸炭処理時において浸炭ガスの吹き付けによってワーク表面がどの程度温度低下するかを予測することができる。その場合には、放射温度計23からの温度情報によることなく、制御部24に予め予測される温度低下に関する情報を持たせておき、その情報に基づいてレーザ発振手段25の出力を制御するようにしてもよい。その場合には、温度測定手段としての放射温度計23を省略することが可能である。
It is possible to predict how much the temperature of the workpiece surface is lowered by the blowing of carburizing gas during the carburizing process from the actual operation results of the actual machine or by calculation. In that case, the
「第2の加熱手段」は1つであってもよく、ワークWにおける浸炭必要部位W1の軸方向に2個以上配列するようにしてもよい。また、加熱の必要な部位を面として加熱できるような加熱手段、例えば赤外線ヒータ(ランプ)のような加熱手段を用いることもできる。 There may be one “second heating means”, or two or more “second heating means” may be arranged in the axial direction of the carburization-needed portion W1 of the workpiece W. Further, a heating means that can heat a part that needs to be heated as a surface, for example, a heating means such as an infrared heater (lamp) can be used.
浸炭処理において、浸炭量は温度に依存して変化する。図2はその一例を示しており、浸炭ガスとしてC3H8(1%)(その他N2)を用い、浸炭ガス分圧740Pa、浸炭時間33分で浸炭処理したときの、浸炭温度とF値(単位時間単位面積当たりの浸炭量)の関係の一例を示している。グラフが示すように、浸炭温度の増加と共にF値が増加しており、実際の浸炭処理において、浸炭ガスの吹き付けによってワークWに温度低下が生じると、それに伴い浸炭量が低下する。そのような温度低下が生じると、所望の浸炭量を確保するためには、処理時間を長くすることが必要となる。本発明による場合には、吹き付けられる処理ガスに接することで鋼材(ワークW)の表面に生じる温度低下を、当該鋼材(ワークW)を高温状態に保持するための加熱手段とは別の第2の加熱手段(レーザ発振手段25からの出力)による補助加熱によって補填しながら硬化処理を行うので、上記した温度低下をなくすことができ、処理時間を長くすることなく、所望の浸炭量を確保することができる。 In the carburizing process, the carburizing amount changes depending on the temperature. FIG. 2 shows an example of this. Carburizing temperature and F when C 3 H 8 (1%) (other N 2 ) is used as the carburizing gas and carburizing treatment is performed at a carburizing gas partial pressure of 740 Pa and a carburizing time of 33 minutes. An example of the relationship between values (the amount of carburization per unit time unit area) is shown. As shown in the graph, the F value increases with the increase in the carburizing temperature, and in actual carburizing treatment, when the temperature of the work W is decreased by blowing the carburizing gas, the carburizing amount decreases accordingly. When such a temperature drop occurs, it is necessary to lengthen the treatment time in order to ensure a desired carburization amount. In the case of the present invention, the temperature drop generated on the surface of the steel material (work W) by being in contact with the sprayed processing gas is different from the heating means for maintaining the steel material (work W) in a high temperature state. Since the curing process is performed while supplementing by auxiliary heating by the heating means (output from the laser oscillation means 25), the above-described temperature drop can be eliminated, and a desired carburizing amount can be ensured without lengthening the processing time. be able to.
なお、上記では、浸炭処理を例として説明したが、本発明による方法および装置は、ワークの表面に処理ガスを吹き付けることで当該ワークの表面の硬化処理を行う他の形態、例えば、浸窒処理にもそのまま適用することができる。 In the above description, the carburizing process has been described as an example. However, the method and apparatus according to the present invention may be applied in another form in which the surface of the work is hardened by blowing a processing gas onto the surface of the work, for example, a nitriding process. It can be applied as it is.
以下、実施例と比較例とにより本発明の優位性を説明する。 Hereinafter, advantages of the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples.
[実施例1:浸炭処理]
図1に基づき説明した装置を用いた。ワークWとして、直径18mm、高さ40mmの円筒体である鋼材(S25C)を用いた。ワークWを回転自在な冶具1に取り付け、ワークWに100rpmの回転を与えた。第1の加熱手段10として高周波誘導加熱手段を用いた。温度測定手段として放射温度計23を用い、ワークWの浸炭必要部位W1における軸方向の中央位置を測温できるようにした。第2の加熱手段としてノズルを備えたレーザ発振手段25を用い、レーザ照射部位を浸炭必要部位W1における軸方向の中央位置となるようにセットした。
[Example 1: Carburizing treatment]
The apparatus described based on FIG. 1 was used. As the workpiece W, a steel material (S25C) which is a cylindrical body having a diameter of 18 mm and a height of 40 mm was used. The workpiece W was attached to the rotatable jig 1, and the workpiece W was rotated at 100 rpm. High frequency induction heating means was used as the first heating means 10. A
ワークWを高周波誘導加熱にて加熱し、所定の温度(950℃)となったところで、ノズル20からワークWの浸炭必要部位W1における軸方向の中央位置に向けて浸炭ガスを吹き付けた。
実験条件は表1に示すとおりである。
When the workpiece W was heated by high frequency induction heating and reached a predetermined temperature (950 ° C.), the carburizing gas was sprayed from the
The experimental conditions are as shown in Table 1.
実験開始からの経過時間(s)と放射温度計23が計測した温度(ワークWの浸炭必要部位W1における軸方向の中央位置の温度)との関係を図3(a)に示した。実験では、高周波誘導加熱によってワークWの表面温度が950℃になった時点で、ノズル20から処理ガスの吹き出しを開始すると同時に、レーザ発振手段25を作動させた。そして、放射温度計23からの温度情報に基づき、測定温度が継続して950℃を維持できるように、レーザ発振手段25の出力を制御した。その結果、吹き付け開始以降も、ワークWの表面温度をほぼ950℃に保持することができた。
FIG. 3A shows the relationship between the elapsed time (s) from the start of the experiment and the temperature measured by the radiation thermometer 23 (the temperature at the central position in the axial direction at the carburizing required portion W1 of the workpiece W). In the experiment, when the surface temperature of the workpiece W reached 950 ° C. by high-frequency induction heating, the laser oscillation means 25 was activated at the same time as the blowing of the processing gas from the
吹き付けを10分間行った後のワークWの組織を観察した。図3(b)は処理後の状態を示す断面写真である。写真に示されるように、ワークWの表面には、所望の深さ(100μm程度)の浸炭層が形成されていた。 The structure of the work W after spraying for 10 minutes was observed. FIG. 3B is a cross-sectional photograph showing a state after processing. As shown in the photograph, a carburized layer having a desired depth (about 100 μm) was formed on the surface of the workpiece W.
[比較例1]
実施例1と同様にして浸炭処理を行った。ただし、ノズル20から処理ガスの吹き出しを開始しても、レーザ発振手段25を作動させなかった。実験開始からの経過時間(s)と放射温度計23が計測した温度(ワークWの浸炭必要部位W1における軸方向の中央位置の温度)との関係を図4(a)に示した。また、吹き付けを10分間行った後のワークWの断面写真を図4(b)に示した。
[Comparative Example 1]
Carburizing treatment was performed in the same manner as in Example 1. However, the laser oscillating means 25 was not operated even when the processing gas was blown from the
吹き付け後にレーザ発振手段25を作動させなかったことで、ワークWの表面温度はほぼ607℃まで低下した。その結果、10分経過後にも、ワークWの表面には、図4(b)に示すように、浸炭層は形成されなかった。 Since the laser oscillation means 25 was not operated after spraying, the surface temperature of the workpiece W was lowered to approximately 607 ° C. As a result, a carburized layer was not formed on the surface of the workpiece W as shown in FIG.
なお、処理ガスの流量を調整することで、ワークWの温度低下を小さくすることができ、レーザ発振手段25を作動させなくても、例えば、ワークWの表面温度を723℃以上に維持することができる。しかし、この場合には、同じ厚みの浸炭層を形成するのに、より長い処理時間が必要となる。 The temperature drop of the workpiece W can be reduced by adjusting the flow rate of the processing gas. For example, the surface temperature of the workpiece W can be maintained at 723 ° C. or more without operating the laser oscillation means 25. Can do. However, in this case, a longer treatment time is required to form a carburized layer having the same thickness.
[実施例2:浸窒処理]
実施例1と同様にして、浸窒処理を行った。用いた装置およびワークWは実施例1のものと同じである。実験条件は表2に示した。
実験条件は表2に示すとおりである。
[Example 2: Nitrogen treatment]
Nitrogen treatment was performed in the same manner as in Example 1. The apparatus and workpiece W used are the same as those in the first embodiment. The experimental conditions are shown in Table 2.
The experimental conditions are as shown in Table 2.
実験開始からの経過時間(s)と放射温度計23が計測した温度(ワークWの浸窒必要部位W1における軸方向の中央位置の温度)との関係を図5(a)に示した。実験では、高周波誘導加熱によってワークWの表面温度が780℃になった時点で、ノズル20から処理ガスの吹き出しを開始すると同時に、レーザ発振手段25を作動させた。実施例1と同様に、放射温度計23からの温度情報に基づき、測定温度が継続して780℃を維持できるように、レーザ発振手段25の出力を制御した。その結果、吹き付け開始以降も、ワークWの表面温度をほぼ780℃に保持することができた。
FIG. 5A shows the relationship between the elapsed time (s) from the start of the experiment and the temperature measured by the radiation thermometer 23 (the temperature at the central position in the axial direction of the workpiece W where nitriding is required). In the experiment, when the surface temperature of the workpiece W reached 780 ° C. by the high frequency induction heating, the laser oscillation means 25 was activated simultaneously with the start of the blowing of the processing gas from the
吹き付けを10分間行った後のワークWの組織を観察した。図5(b)は処理後の状態を示す断面写真である。写真に示されるように、ワークWの表面には、所望の深さ(150μm程度)の浸窒層が形成されていた。 The structure of the work W after spraying for 10 minutes was observed. FIG. 5B is a cross-sectional photograph showing a state after processing. As shown in the photograph, a nitriding layer having a desired depth (about 150 μm) was formed on the surface of the workpiece W.
[比較例2]
実施例2と同様にして浸窒処理を行った。ただし、ノズル20から処理ガスの吹き出しを開始しても、レーザ発振手段25を作動させなかった。実験開始からの経過時間(s)と放射温度計23が計測した温度(ワークWの浸炭必要部位W1における軸方向の中央位置の温度)との関係を図5(a)に示した。また、吹き付けを10分間行った後のワークWの断面写真を図5(b)に示した。
[Comparative Example 2]
Nitrogen treatment was performed in the same manner as in Example 2. However, the laser oscillating means 25 was not operated even when the processing gas was blown from the
吹き付け後にレーザ発振手段25を作動させなかったことで、ワークWの表面温度はほぼ510℃まで低下した。その結果、10分経過後にも、ワークWの表面には、図5(b)に示すように、浸窒層は形成されなかった。 Since the laser oscillation means 25 was not operated after spraying, the surface temperature of the workpiece W was lowered to about 510 ° C. As a result, even after 10 minutes, no nitriding layer was formed on the surface of the workpiece W as shown in FIG.
なお、浸窒処理おいても、処理ガスの流量を調整することで、ワークWの温度低下を小さくすることができ、レーザ発振手段25を作動させなくても、例えば、ワークWの表面温度を723℃以上に維持することができる。しかし、この場合には、同じ厚みの浸窒層を形成するのに、より長い処理時間が必要となる。 Even in the nitriding treatment, the temperature drop of the workpiece W can be reduced by adjusting the flow rate of the processing gas. For example, the surface temperature of the workpiece W can be reduced without operating the laser oscillation means 25. It can be maintained at 723 ° C. or higher. However, in this case, a longer treatment time is required to form a nitriding layer having the same thickness.
A…浸炭装置、
W…ワーク(鋼材)、
W1…ワークWに求められる浸炭必要部位、
W2…浸炭ガスの吹き付けによって温度が低下する領域、
1…冶具、
10…第1の加熱手段、
20…浸炭ガスを吹き付けるノズル、
21…ガスボンベ、
22…マスフローコントローラ、
23…温度測定手段としての放射温度計、
24…制御部、
25…第2の加熱手段としてのレーザ発振手段、
30…ケーシング。
A ... Carburizing device,
W ... Work (steel),
W1 ... Carburization required part required for workpiece W,
W2 ... the region where the temperature drops due to the blowing of carburizing gas,
1 ... Jig,
10: First heating means,
20 ... Nozzle that blows carburizing gas,
21 ... Gas cylinder,
22 ... Mass flow controller,
23: Radiation thermometer as temperature measuring means,
24 ... control unit,
25... Laser oscillation means as second heating means,
30. Casing.
Claims (8)
吹き付けられる処理ガスに接することで生じる鋼材表面の温度低下を当該鋼材を高温状態に保持するための加熱手段とは別の第2の加熱手段によって補助加熱しながら硬化処理を行うことを特徴とする鋼材表面の硬化処理方法。 A method of hardening a steel surface to harden the surface of the steel material by blowing a treatment gas on the surface of the steel material in a high temperature state,
It is characterized in that a hardening process is performed while auxiliary heating is performed by a second heating means different from a heating means for maintaining the steel material in a high temperature state due to a temperature drop on the surface of the steel material caused by contact with the sprayed processing gas. Hardening method for steel surface.
処理対象物である前記鋼材を加熱する第1の加熱手段と、
前記鋼材に対して処理ガスを吹き付けるノズルと、
前記鋼材における前記ノズルからの処理ガスが吹き付けられる部位を加熱する第2の加熱手段と、
を少なくとも備えることを特徴とする鋼材表面の硬化処理を行う装置。 An apparatus for performing a hardening treatment on the surface of a steel material by hardening a surface of the steel material by blowing a treatment gas on the surface of the steel material in a high temperature state,
A first heating means for heating the steel material that is the object to be treated;
A nozzle for blowing a processing gas on the steel material;
A second heating means for heating a portion of the steel material to which the processing gas from the nozzle is sprayed;
The apparatus which performs the hardening process of the steel material surface characterized by including at least.
前記温度測定手段の測定結果に基づき前記第2の加熱手段の加熱量を制御する加熱制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の鋼材表面の硬化処理を行う装置。 Temperature measuring means for measuring the temperature of the portion of the steel material to which the processing gas from the nozzle is sprayed;
Heating control means for controlling the heating amount of the second heating means based on the measurement result of the temperature measuring means;
The apparatus which performs hardening processing of the steel material surface of Claim 5 characterized by the above-mentioned.
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