JP2023093805A - Vacuum carburization method and vacuum carburization apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、真空浸炭方法および真空浸炭装置に関する。 The present disclosure relates to a vacuum carburizing method and a vacuum carburizing apparatus.
浸炭炉内における理論水素分圧比の時間変化と、実測値での水素分圧比の時間変化とを比較し、その近似度合に基づいて浸炭品質のばらつき度合を判定する真空浸炭方法が知られている(例えば、特許文献1)。この真空浸炭方法では、処理中の浸炭炉内の水素分圧を測定することで炉内での浸炭反応を定量化し、その値を浸炭ガスの投入量、時間にフィードバックさせることで浸炭品質を制御している。 There is known a vacuum carburizing method that compares the time change of the theoretical hydrogen partial pressure ratio in a carburizing furnace with the time change of the actually measured hydrogen partial pressure ratio, and determines the degree of variation in carburizing quality based on the degree of approximation. (For example, Patent Document 1). In this vacuum carburizing method, the carburizing reaction in the furnace is quantified by measuring the hydrogen partial pressure in the carburizing furnace during treatment, and the carburizing quality is controlled by feeding back the value to the carburizing gas input amount and time. are doing.
浸炭ガスが、例えば、浸炭炉の内壁や浸炭炉内の構造物などの加工対象以外の物体との反応により消費されると、加工対象と反応すべき浸炭ガスが不足して、充分な品質を得ることができない可能性がある。 If the carburizing gas is consumed by the reaction with objects other than the object to be processed, such as the inner wall of the carburizing furnace or the structure in the carburizing furnace, the carburizing gas to react with the object to be processed will be insufficient, resulting in insufficient quality. may not be obtained.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be implemented as the following forms.
(1)本開示の一形態によれば、真空浸炭方法が提供される。この真空浸炭方法は、減圧および加熱された状態の浸炭炉に浸炭ガスを供給して、前記浸炭炉からの排出ガスの一酸化炭素濃度を測定し、前記一酸化炭素濃度が予め定められた閾値以下になるまで前記浸炭炉に前記浸炭ガスを供給する前処理工程と、前記前処理工程の後に、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉の内部に加工対象を配置して前記浸炭ガスを供給する浸炭工程と、を備える。
この形態の真空浸炭方法によれば、前処理工程により浸炭炉内の異物を除去することができ、加工対象における浸炭品質の低下を抑制することができる。前処理工程において、一酸化炭素濃度の閾値を適正に設定することにより、充分な浸炭品質を得るために適正な量の浸炭ガスを供給することができる。したがって、前処理工程における不要な浸炭ガスの消費を抑制することができる。
(2)上記形態の浸炭工程において、前記閾値は、5体積%以上15体積%以下のいずれかの濃度であってよい。
この形態の真空浸炭方法によれば、加工対象の浸炭品質の低下を抑制しつつ、前処理工程における浸炭ガスの過剰な供給を抑制または防止することができる。
(3)上記形態の浸炭工程において、前記閾値は、10体積%であってよい。
この形態の真空浸炭方法によれば、加工対象の浸炭品質の低下をより抑制しつつ、前処理工程における浸炭ガスの過剰な供給をより抑制または防止することができる。
(4)上記形態の浸炭工程において、さらに、前記前処理工程よりも前に、昇温した前記浸炭炉に空気を供給する炉内洗浄工程を備えてよい。
この形態の真空浸炭方法によれば、炉内の燃焼という簡易な方法により浸炭炉内の異物を除去しつつ、炉内洗浄工程により発生した酸化物を、前処理工程によって除去することができる。
(5)本開示の第二の形態によれば、真空浸炭方法が提供される。この真空浸炭方法は、減圧および加熱された状態の浸炭炉に、前記浸炭炉の洗浄に用いられる予め定められた供給量の浸炭ガスを供給する前処理工程と、前記前処理工程の後に、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉の内部に加工対象を配置して前記浸炭ガスを供給する浸炭工程と、を備える。
この形態の真空浸炭方法によれば、簡易な構成により、加工対象の浸炭品質の低下を抑制することができる。
(6)上記形態の真空浸炭方法において、前記前処理工程において、前記浸炭炉の累積使用回数が多い場合の前記供給量が、前記累積使用回数が少ない場合の前記供給量よりも多くなるように、前記浸炭ガスを供給してもよい。
この形態の真空浸炭方法によれば、浸炭炉の累積使用回数の増加に基づく浸炭品質の低下を抑制または防止することができる。
(7)本開示の他の形態によれば、真空浸炭装置が提供される。この真空浸炭装置は、浸炭炉と、浸炭ガスを貯留する浸炭ガス供給源と、前記浸炭ガス供給源と前記浸炭炉とを接続する浸炭ガス供給路と、前記浸炭ガス供給路に設けられ、前記浸炭炉に対する前記浸炭ガスの供給量を調節するための供給量調節装置と、前記浸炭炉に接続されるガス排出路と、前記浸炭炉および前記ガス排出路の少なくともいずれかに設けられる一酸化炭素濃度センサと、前記供給量調節装置を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉に前記浸炭ガスを供給して、前記浸炭炉からの排出ガスの一酸化炭素濃度を測定し、前記一酸化炭素濃度が予め定められた閾値以下になるまで前記浸炭炉に前記浸炭ガスを供給する前処理を実行し、前記前処理が実行された後に、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉の内部に加工対象を配置して前記浸炭ガスを供給する。
この真空浸炭装置によれば、前処理により浸炭炉内の異物を除去することができ、加工対象の浸炭品質の低下を抑制することができる。前処理において、一酸化炭素濃度の閾値を適正に設定することにより、充分な浸炭品質を得るために適正な量の浸炭ガスを供給することができる。したがって、前処理における不要な浸炭ガスの消費を抑制することができる。
本開示は、真空浸炭方法や真空浸炭装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、真空浸炭装置の製造方法や真空浸炭装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
(1) According to one aspect of the present disclosure, a vacuum carburizing method is provided. In this vacuum carburizing method, a carburizing gas is supplied to a carburizing furnace in a decompressed and heated state, the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas from the carburizing furnace is measured, and the concentration of carbon monoxide reaches a predetermined threshold value. a pretreatment step of supplying the carburizing gas to the carburizing furnace until the temperature of the carburizing gas is reduced to the following; and a carburizing step.
According to this aspect of the vacuum carburizing method, the pretreatment process can remove foreign matter in the carburizing furnace, and can suppress deterioration in the carburizing quality of the object to be processed. By properly setting the threshold value of the carbon monoxide concentration in the pretreatment step, it is possible to supply an appropriate amount of carburizing gas to obtain a sufficient carburizing quality. Therefore, unnecessary consumption of carburizing gas in the pretreatment process can be suppressed.
(2) In the carburizing step of the above aspect, the threshold value may be any concentration of 5% by volume or more and 15% by volume or less.
According to this aspect of the vacuum carburizing method, it is possible to suppress or prevent excessive supply of carburizing gas in the pretreatment process while suppressing deterioration in the carburizing quality of the object to be processed.
(3) In the carburizing step of the above aspect, the threshold value may be 10% by volume.
According to this aspect of the vacuum carburizing method, it is possible to further suppress or prevent excessive supply of the carburizing gas in the pretreatment process while further suppressing deterioration of the carburizing quality of the object to be processed.
(4) The carburizing step of the above aspect may further include a furnace cleaning step of supplying air to the carburizing furnace whose temperature has been raised, prior to the pretreatment step.
According to this form of the vacuum carburizing method, foreign substances in the carburizing furnace can be removed by a simple method of combustion in the furnace, while oxides generated in the furnace cleaning process can be removed in the pretreatment process.
(5) According to a second aspect of the present disclosure, a vacuum carburizing method is provided. This vacuum carburizing method includes a pretreatment step of supplying a predetermined supply amount of carburizing gas used for cleaning the carburizing furnace to a decompressed and heated carburizing furnace; and a carburizing step of placing an object to be processed in the heated carburizing furnace and supplying the carburizing gas.
According to the vacuum carburizing method of this aspect, it is possible to suppress deterioration in the carburizing quality of the object to be processed with a simple configuration.
(6) In the vacuum carburizing method of the above aspect, in the pretreatment step, the supply amount when the carburizing furnace has been used many times is larger than the supply amount when the number of times the carburization furnace has been used is small. , the carburizing gas may be supplied.
According to this aspect of the vacuum carburizing method, it is possible to suppress or prevent deterioration in carburizing quality due to an increase in the cumulative number of times the carburizing furnace is used.
(7) According to another aspect of the present disclosure, a vacuum carburizing apparatus is provided. This vacuum carburizing apparatus is provided in a carburizing furnace, a carburizing gas supply source storing carburizing gas, a carburizing gas supply path connecting the carburizing gas supply source and the carburizing furnace, and the carburizing gas supply path. a supply amount adjusting device for adjusting the supply amount of the carburizing gas to the carburizing furnace; a gas discharge passage connected to the carburizing furnace; and carbon monoxide provided in at least one of the carburizing furnace and the gas discharge passage. A concentration sensor and a control device for controlling the supply amount adjusting device are provided. The control device supplies the carburizing gas to the carburizing furnace in a decompressed and heated state, measures the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas from the carburizing furnace, and performing a pretreatment of supplying the carburizing gas to the carburizing furnace until the carburizing gas reaches a threshold value or less; Supply carburizing gas.
According to this vacuum carburizing apparatus, foreign substances in the carburizing furnace can be removed by pretreatment, and deterioration of the carburizing quality of the object to be processed can be suppressed. By properly setting the carbon monoxide concentration threshold in the pretreatment, it is possible to supply an appropriate amount of carburizing gas to obtain a sufficient carburizing quality. Therefore, unnecessary consumption of carburizing gas in the pretreatment can be suppressed.
The present disclosure can also be implemented in various forms other than the vacuum carburizing method and the vacuum carburizing apparatus. For example, it can be realized in the form of a manufacturing method of a vacuum carburizing apparatus, a control method of a vacuum carburizing apparatus, a computer program for realizing the control method, a non-temporary recording medium recording the computer program, or the like.
A.第1実施形態:
図1は、本開示の第1実施形態としての真空浸炭装置100の概略構成を示す説明図である。真空浸炭装置100は、鋼鉄などの加工対象WKを減圧および加熱状態の浸炭炉内に配置し、加工対象WKの表面に浸炭ガスを接触させることにより、浸炭ガスの炭素を加工対象の表面からその表層に固溶拡散させる。真空浸炭装置100は、浸炭ガス供給源31と、供給量調節装置32と、真空ポンプ33と、浸炭ガス供給路38と、ガス排出路39と、浸炭炉20と、制御装置80とを備えている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
浸炭ガス供給源31には、浸炭ガスが貯留されている。浸炭ガスには、例えば、アセチレンガス、ブタンガス、プロパンガス、エタンガスなどの炭化水素系ガスを用いることができる。本実施形態では、浸炭ガス供給源31にはアセチレンガスが貯留されている。
Carburizing gas is stored in the carburizing
浸炭ガス供給路38は、浸炭ガス供給源31と、浸炭炉20とを接続している。浸炭ガス供給路38は、浸炭ガス供給源31の浸炭ガスを浸炭炉20内の加工室26に供給するための流路である。供給量調節装置32は、浸炭ガス供給路38の途中に設けられている。供給量調節装置32は、制御装置80による制御のもと、浸炭炉20への浸炭ガスの供給量を調節する。本実施形態では、供給量調節装置32は、内部の弁体を所定のタイミングで開閉させることにより、予め定められた供給量の浸炭ガスを浸炭炉20へと供給する。制御装置80は、供給量調節装置32の弁体の開弁回数を増減させることで、浸炭ガスの供給量を、予め定められた供給量ごとに調節することができる。ただし、浸炭ガスの供給量は、供給量調節装置32による弁体の開弁回数による調節には限定されず、弁体の開度による流量調節などの種々の調節方法を用いて調節されてよい。
The carburizing
ガス排出路39は、浸炭炉20に接続され、加工室26のガスを外部へと排出するための流路である。真空ポンプ33は、ガス排出路39の途中に設けられている。真空ポンプ33は、制御装置80による制御下で、加工室26のガスを吸引して、ガス排出路39を介して外部へと排出する。
The
浸炭炉20は、断熱壁22と、交換扉24と、加工室26と、ヒータ28と、温度センサ42と、圧力センサ44と、を備えている。加工室26は、浸炭炉20の内部に設けられる空間であり、断熱壁22の内壁22Sによって規定される空間である。加工室26には、加工対象WKが配置される。ヒータ28は、制御装置80による制御のもとで加工室26を昇温することで、加工対象WKを加熱する。温度センサ42は、加工室26の温度を検出する。圧力センサ44は、加工室26の圧力を検出する。温度センサ42および圧力センサ44の取得結果は、制御装置80に出力される。
The
交換扉24は、断熱壁22の一部として機能し、主に加工対象WKを入れ替えるために用いられる。加工前の加工対象WKは、減圧後の加工室26の内圧と同程度に減圧された図示しない加工品交換室に投入されて、交換扉24を介して加工後の加工対象WKと交換される。これにより、加工室26を減圧状態に保持した状態で加工対象WKを交換することができる。また、交換扉24を開放することにより、加工室26を大気開放することも可能である。
The
真空浸炭装置100は、さらに、浸炭炉20からの排出ガスの一酸化炭素濃度を測定するためのCO濃度センサ40を備えている。CO濃度センサ40は、公知の一酸化炭素濃度センサを利用することができ、例えば、定電位電解法による一酸化炭素測定方式を利用したセンサであってもよく、非分散赤外線吸収方式を利用したセンサであってもよい。本実施形態では、CO濃度センサ40は、ガス排出路39のうち、真空ポンプ33よりも排出側、すなわち下流側に設けられている。ただし、CO濃度センサ40は、ガス排出路39における真空ポンプ33よりも上流側に設けられてもよく、加工室26に設けられてもよく、これらの複数の箇所にそれぞれ設けられてもよい。CO濃度センサ40による検出結果は、制御装置80に出力される。
The
制御装置80は、中央処理演算装置としてのCPU82と、RAMやROMなどのメモリ84とを備えるマイクロコンピュータである。メモリ84には本実施形態において提供される機能を実現するための各種プログラムが格納されており、ROMから読み出されたプログラムがRAM上に展開されて、CPU82によって実行される。
The
本実施形態では、制御装置80は、CO濃度センサ40、温度センサ42および圧力センサ44の検出結果に基づいて、供給量調節装置32、ヒータ28、ならびに真空ポンプ33を制御する。具体的には、制御装置80は、浸炭ガスの供給量に応じた制御信号を供給量調節装置32に出力することにより、供給量調節装置32を制御し、浸炭炉20への浸炭ガスの供給量および浸炭ガスの供給タイミングを制御する。制御装置80は、圧力センサ44からの加工室26の圧力の検出結果を参照しつつ、真空ポンプ33を制御することにより浸炭ガスの排出タイミングを制御し、加工室26を例えば数百Pa程度の所定の減圧状態に保持する。制御装置80は、温度センサ42からの加工室26の温度の検出結果を参照しつつ、ヒータ28を制御し、加工室26および加工対象WKを所定の温度に加熱する。制御装置80は、加工室26の温度が例えば900℃以上の任意の温度で一定に保持されるようにヒータ28を制御する。本実施形態では、制御装置80は、さらに、CO濃度センサ40からの一酸化炭素濃度の検出結果を参照して、一酸化炭素濃度が予め定められた閾値以下になるまで浸炭炉20に浸炭ガスを供給する前処理工程を実行する。
In this embodiment, the
図2は、本実施形態の真空浸炭装置100が実行する真空浸炭方法を示す工程図である。本実施形態では、図2に示す真空浸炭方法は、制御装置80によるヒータ28の制御によって、加工室26の温度が予め定められた温度に昇温された状態で開始される。
FIG. 2 is a process chart showing the vacuum carburizing method performed by the
工程S20では、炉内洗浄工程が行われる。炉内洗浄工程では、交換扉24を開放することにより、加熱された状態の加工室26を大気開放する。炉内洗浄工程は、バーンアウトとも呼ばれる。昇温された状態の加工室26に空気を供給することにより、例えば、いわゆるスーティング等により加工室26に堆積した遊離炭素などの異物を、燃焼、除去することができる。炉内洗浄工程によれば、簡易な方法で加工室26を洗浄することができる。
In step S20, an in-furnace cleaning step is performed. In the furnace cleaning process, the
本実施形態では、浸炭工程が複数の加工対象WKに亘って複数回行われる場合には、炉内洗浄工程は、最初の浸炭工程の前にのみ行われる。ただし、これに限定されず、炉内洗浄工程は、例えば、数時間に一回、一日に一回、一週に一回など、加工室26での異物の堆積量などに応じた適宜なタイミングで実行されてよく、複数回のそれぞれの浸炭工程の前に毎回行われてもよい。炉内洗浄工程は、加工室26の異物の堆積量が少ない場合などには、省略されてもよい。
In this embodiment, when the carburizing process is performed a plurality of times over a plurality of WKs to be processed, the furnace cleaning process is performed only before the first carburizing process. However, the cleaning process in the furnace is not limited to this, and the cleaning process may be performed at an appropriate timing, such as once every few hours, once a day, or once a week, depending on the amount of foreign matter accumulated in the
工程S30では、前処理工程が行われる。前処理工程では、後述するように、制御装置80がヒータ28、真空ポンプ33、ならびに供給量調節装置32を制御して、加工室26に浸炭ガスを供給することにより、加工室26の洗浄が行われる。本実施形態では、加工室26は、浸炭工程と同条件としての高温・減圧状態とされる。ただし、これに限らず、加工室26の洗浄に適する任意の条件で設定されてよい。前処理工程は、加工対象WKが加工室26に投入されていない状態で行われる。本実施形態では、浸炭工程が複数回行われる場合には、前処理工程は、炉内洗浄工程の後、かつ最初の浸炭工程の前のタイミングでのみ行われる。ただし、これに限定されず、前処理工程は、それぞれの浸炭工程の前に毎回行われてもよい。前処理工程は、炉内洗浄工程が実行されない場合であっても実行されてもよい。
In step S30, a pretreatment step is performed. In the pretreatment process, as will be described later, the
工程S40では、浸炭工程が行われる。制御装置80は、加工対象WKに要求される浸炭品質に応じた減圧・加熱条件に基づき供給量調節装置32および真空ポンプ33を制御する。供給量調節装置32により加工室26に所定量の浸炭ガスが供給され、真空ポンプ33により浸炭ガスの一部が排出される。加工室26で昇温された状態の加工対象WKに浸炭ガスが接触すると、加工対象WKの表面から浸炭ガスの炭素が固溶する。
In step S40, a carburizing step is performed. The
工程S50では、拡散工程が行われる。拡散工程では、制御装置80は、供給量調節装置32を停止して浸炭ガスの供給を中断し、真空ポンプ33を制御して加工室26のガスを排出する。加工対象WKは加熱により、表層で固溶した炭素が拡散する。炭素の拡散速度を増加させる等の観点から、浸炭工程と拡散工程とが交互に複数回繰り返し行われてもよい。
In step S50, a diffusion step is performed. In the diffusion process, the
工程S60では、焼入れ工程が行われる。焼入れ工程では、浸炭された加工対象WKを、例えば、油冷、空冷、または水冷により、所定の冷却速度で冷却する。これにより、浸炭層である表層のオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させることができる。焼入れ工程後に、さらに焼戻し工程が行われてもよい。焼き戻し工程では、焼入れされた加工対象WKを、オーステナイト変態点以下の温度で加熱し、冷却する。これにより、加工対象WKの靱性を高めることができる。 In step S60, a hardening step is performed. In the quenching process, the carburized workpiece WK is cooled at a predetermined cooling rate, for example, by oil cooling, air cooling, or water cooling. As a result, the austenitic structure of the surface layer, which is the carburized layer, can be transformed into the martensitic structure. A tempering process may be further performed after the quenching process. In the tempering process, the quenched workpiece WK is heated to a temperature below the austenite transformation point and then cooled. Thereby, the toughness of the workpiece WK can be increased.
図3は、本実施形態の真空浸炭方法で行われる前処理工程の詳細を示す工程図である。炉内洗浄工程が終了すると、工程S32において、制御装置80は、真空ポンプ33を制御して加工室26を所定の圧力まで減圧する。本実施形態では、減圧後の圧力値は、例えば数百Pa程度など、浸炭工程での減圧後の圧力値と同じである。ただし、前処理工程での減圧条件は、これに限定されず、浸炭工程とは異なる圧力値であってもよい。なお、加工室26が加熱された状態を保持するために、制御装置80は、ヒータ28をオンの状態で保持している。
FIG. 3 is a process chart showing the details of the pretreatment process performed in the vacuum carburizing method of this embodiment. After the furnace interior cleaning process is completed, the
工程S34では、減圧および加熱された状態の加工室26に浸炭ガスが供給される。具体的には、制御装置80は、供給量調節装置32を一度だけ開閉制御して、予め定められた量の浸炭ガスを加工室26に供給する。制御装置80は、さらに、圧力センサ44からの加工室26の圧力の検出結果を参照しつつ、真空ポンプ33を制御して浸炭ガスの排出タイミングを制御することで、加工室26を減圧状態に保持する。
In step S34, a carburizing gas is supplied to the
工程S36では、制御装置80は、CO濃度センサ40の検出結果を参照し、ガス排出路39から排出される排出ガス中の一酸化炭素濃度C1を取得する。前処理工程において、CO濃度センサ40による一酸化炭素濃度C1の検出タイミングは、工程S34の後のタイミングのみには限らず、加工室26からの排気タイミングごとであってもよく、所定の時間間隔で繰り返されてもよい。
In step S<b>36 , the
工程S38では、制御装置80は、取得した一酸化炭素濃度C1と、予め定められた閾値CTとを比較する。閾値CTは、メモリ84に予め格納されている。制御装置80は、一酸化炭素濃度C1が閾値CTよりも大きい場合(S38:YES)、工程S34に戻り、さらに所定量の浸炭ガスを加工室26に供給する。制御装置80は、一酸化炭素濃度C1が閾値CT以下である場合には(S38:NO)、前処理工程を終了し、浸炭工程へと移行する。すなわち、制御装置80は、一酸化炭素濃度C1が閾値CT以下となるまで浸炭ガスを繰り返し供給する。
In step S38, the
図4から図7を用いて、本実施形態の真空浸炭方法が備える前処理工程による効果について説明する。図4は、浸炭ガスと加工対象WKとの浸炭反応を模式的に示す説明図である。図5は、浸炭炉20の内壁22S上の異物と浸炭ガスとの反応を模式的に示す説明図である。図4に示すように、浸炭工程では、アセチレンガスなどの浸炭ガス90が加工室26に供給されると、供給された浸炭ガス90は、加工対象WKの表面と浸炭反応を生じる。この浸炭反応では、浸炭ガスがアセチレンガスであれば、H2C2→2C+H2との反応が行われる。すなわち、加工対象WKの表面における浸炭反応では、炭素が加工対象WKの表面に固溶し、水素が放出される。
The effects of the pretreatment process provided in the vacuum carburizing method of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7. FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the carburizing reaction between the carburizing gas and the WK to be processed. FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the reaction between the foreign matter on the
これに対して、図5に示すように、例えば、浸炭炉20の経時劣化、加工室26への空気の流入、炉内洗浄工程の実施などに起因して、断熱壁22の内壁22Sに酸化物96が堆積することがある。前処理工程では、浸炭ガス90を加工室26に供給し、酸化物96との還元反応を生じさせる。この還元反応では、浸炭ガスがアセチレンガスであれば、H2C2→H2+2COとの反応が行われる。すなわち、本実施形態で実行される前処理工程では、浸炭ガス90を、断熱壁22の内壁22Sに堆積した酸化物96と還元反応させることにより、異物としての酸化物96を除去し、加工室26を洗浄する。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the
ここで、水素94は、図4に示すように、加工対象WKとの浸炭反応で発生する。また、図5に示すように加工対象WK以外、具体的には、浸炭ガスと、内壁22Sの酸化物96との還元反応でも、一酸化炭素98とともに水素94が排出される。そのため、浸炭炉20内の水素分圧を測定するという従来の技術では、浸炭ガスが加工対象WKと反応して生じた水素のほか、加工室26の酸化物96との反応により生じた水素をも検出することにより、浸炭品質のばらつき度合いを適正に判定できず、充分な浸炭品質を得ることができないことが考えられる。
Here,
一酸化炭素98は、還元反応でのみ発生する。本実施形態において、前処理工程では、CO濃度センサ40により一酸化炭素濃度C1を測定し、一酸化炭素濃度C1が閾値CT以下となるまで浸炭ガス90を供給することで、加工室26の酸化物96が充分に除去されたか否かを判定することができる。
図6は、実験により得られた浸炭ガスの供給量と、排出ガスの一酸化炭素濃度との関係の一例を示す説明図である。図6の縦軸は、一酸化炭素濃度(体積%)を示し、横軸は、浸炭炉20の加工室26に供給される浸炭ガスの供給量を示している。なお、本実施形態では、供給量調節装置32は、上述したように、1回の開弁ごとに予め定められた流量を供給する。横軸に示す供給量V1~V4は、開弁回数が1回~4回で供給される浸炭ガスの供給量の総量に相当する。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the amount of carburizing gas supplied and the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas obtained by experiment. The vertical axis in FIG. 6 indicates the carbon monoxide concentration (% by volume), and the horizontal axis indicates the amount of carburizing gas supplied to the
図6に示すグラフG1,G2は、真空浸炭装置100の浸炭炉20を用いた実験結果を示している。具体的には、真空浸炭装置100の浸炭炉20を用いて、供給量調節装置32による1回の浸炭ガスの供給・排出ごとに一酸化炭素濃度C1を測定した結果である。グラフG1は、未使用、すなわち累積使用回数がゼロのいわゆる新品の浸炭炉20を用いた結果である。グラフG11,G12は、同条件によるいわゆるN増しの結果であり、同条件下でのサンプルごとの結果を示している。グラフG2は、使用開始後2年経過した状態の浸炭炉20を用いた結果であり、換言すればグラフG1で使用した浸炭炉20よりも累積使用回数が多い状態の浸炭炉20を用いた結果である。グラフG21,G22は、同条件によるいわゆるN増しの結果であり、同じ条件下でのサンプルごとの結果を示している。グラフG1,G2のいずれの浸炭炉20を用いた実験でも、炉内洗浄工程を実施し、その後に、真空ポンプ33による加工室26の真空引きと、供給量調節装置32による浸炭ガスの供給とを、図3を用いて説明した前処理工程の条件と同じ条件により実施した。
Graphs G1 and G2 shown in FIG. 6 show experimental results using the
図6に示すように、実験により以下の結果が得られた。
(結果1)グラフG11,G12,G21,G22に示すいずれでも、浸炭ガスの供給量が増加すると、排出ガス中の一酸化炭素濃度は減少する。すなわち、浸炭ガスの供給により加工室26の酸化物96が除去されていることが理解できる。
(結果2)浸炭ガスの供給量が同じである場合には、グラフG1での一酸化炭素濃度の結果よりもグラフG2での一酸化炭素濃度の方が高い。すなわち、累積使用回数が少ない浸炭炉20から排出される排出ガス中の一酸化炭素濃度よりも、累積使用回数が多い浸炭炉20から排出される排出ガス中の一酸化炭素濃度の方が高い。このことから、累積使用回数が多くなると加工室26での酸化物96の堆積量が大きくなることが理解できる。
(結果3)グラフG11,G12において供給量V1では、未使用の浸炭炉20の初期状態での異物の堆積量は12体積%程度である。これに対して、グラフG21,G22が示す浸炭ガス累積使用回数が多い浸炭炉20では、供給量V2の浸炭ガスが供給されることで、一酸化炭素濃度は15体積%未満となり、未使用の浸炭炉20の初期状態と同程度まで洗浄することが可能である。このことから、例えば、浸炭品質と生産性との両立を所望する場合には、閾値CTを15体積%で設定して浸炭品質を管理することも可能である。
(結果4)グラフG11,G12で示すように、未使用の浸炭炉20では、一酸化炭素濃度が5体積%未満となると一酸化炭素濃度が低下する傾きが小さくなる。このことから、例えば、加工室26を充分に洗浄することを所望する場合には、閾値CTを5体積%で設定して浸炭品質を管理することも可能である。
As shown in FIG. 6, the experiment yielded the following results.
(Result 1) In any of the graphs G11, G12, G21, and G22, the carbon monoxide concentration in the exhaust gas decreases as the supply amount of the carburizing gas increases. That is, it can be understood that the
(Result 2) When the amount of carburizing gas supplied is the same, the carbon monoxide concentration in graph G2 is higher than the carbon monoxide concentration in graph G1. That is, the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas discharged from the carburizing
(Result 3) In the graphs G11 and G12, with the supply amount V1, the deposit amount of foreign matter in the initial state of the
(Result 4) As shown in the graphs G11 and G12, in the
図7は、前処理工程の有無に対する加工対象WKの浸炭品質の評価結果を示す説明図である。図7の縦軸は、有効硬化層深さ(mm)を示している。有効硬化層深さは、日本工業規格(JIS G 0557)に従い、加工対象WKの表面からビッカース硬さHV550までの位置までの距離を測定して評価した。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing evaluation results of the carburizing quality of the WK to be processed with respect to the presence or absence of the pretreatment process. The vertical axis in FIG. 7 indicates the effective hardened layer depth (mm). The effective hardened layer depth was evaluated by measuring the distance from the surface of the WK to be processed to a position with a Vickers hardness of HV550 in accordance with Japanese Industrial Standards (JIS G 0557).
プロット群P1は、炉内洗浄工程の後に前処理工程を省略して浸炭工程を実行した状態のサンプルでの試験結果を示している。プロット群P2は、炉内洗浄工程を実施した後に前処理工程を実行し、CO濃度が10体積%以下となった時点で前処理工程を終了し、その後に浸炭工程を実行した状態のサンプルである。その後に浸炭工程を実行した状態のサンプルでの試験結果を示している。なお、プロット群P1,P2のそれぞれのサンプル数は、ともに4である。 A group of plots P1 shows the test results of the samples in which the pretreatment process was omitted after the furnace cleaning process and the carburizing process was performed. Plot group P2 is a sample in which the pretreatment process is performed after the furnace cleaning process is performed, the pretreatment process is terminated when the CO concentration becomes 10% by volume or less, and the carburizing process is performed thereafter. be. The test results are shown for the samples after the carburizing process. The number of samples for each of the plot groups P1 and P2 is both four.
図7に示す目標値TGは、製品としての加工対象WKに要求される有効硬化層深さである。図7のプロット群P1で示すように、前処理なしのサンプルは、前処理ありのサンプルに対して、有効硬化層深さが浅く、浸炭品質が低いことが理解できる。これは、浸炭工程で用いられるはずの浸炭ガスの炭素が、加工室26の酸化物によって消費されたことに起因すると考えられる。
The target value TG shown in FIG. 7 is the effective hardened layer depth required for the workpiece WK as a product. As shown by the plot group P1 in FIG. 7, it can be understood that the sample without pretreatment has a shallower effective case depth and lower carburization quality than the sample with pretreatment. It is believed that this is because the carbon in the carburizing gas that should be used in the carburizing process was consumed by the oxide in the
これに対して、プロット群P2で示すように、前処理ありのサンプルは、前処理なしのサンプルに対して、有効硬化層深さが深く、浸炭品質が高いことが理解できる。また、CO濃度が10体積%であれば、プロット群P2に含まれるいずれのサンプルも、目標値TG以上であり、製品としての加工対象WKに要求される有効硬化層深さを得ることができる。これらの結果から、本実施形態では、CO濃度の閾値CTは、10体積%で設定されている。ただし、閾値CTは、10体積%には限定されず、加工対象WKに要求される浸炭品質、浸炭ガスの供給量に対する効果などに基づいて任意の値で設定されてよい。閾値CTは、例えば、図6での実験結果から、5体積%以上15体積%以下のいずれかの濃度で設定されることが好ましい。 On the other hand, as shown by the plot group P2, it can be understood that the samples with pretreatment have a deeper effective case depth and a higher carburization quality than the samples without pretreatment. Further, if the CO concentration is 10% by volume, all the samples included in the plot group P2 are equal to or greater than the target value TG, and the effective hardened layer depth required for the WK to be processed as a product can be obtained. . Based on these results, the CO concentration threshold CT is set at 10% by volume in the present embodiment. However, the threshold CT is not limited to 10% by volume, and may be set to any value based on the carburizing quality required for the WK to be processed, the effect on the carburizing gas supply amount, and the like. For example, the threshold CT is preferably set at a concentration of 5% by volume or more and 15% by volume or less based on the experimental results in FIG.
以上、説明したように、本実施形態の真空浸炭方法によれば、浸炭炉20に浸炭ガス90を供給して、浸炭炉20からの排出ガスの一酸化炭素濃度C1を測定し、一酸化炭素濃度C1が予め定められた閾値以下になるまで浸炭炉20に浸炭ガス90を供給する前処理工程と、浸炭炉20の内部に加工対象WKを配置して浸炭ガス90を供給する浸炭工程と、を備えている。前処理工程において、加工室26に浸炭ガスを供給することで、浸炭炉20の加工室26に堆積した酸化物96などの異物を除去して加工室26を洗浄することができ、浸炭工程における異物による浸炭ガスの消費を抑制し、加工対象WKにおける浸炭品質の低下を抑制または防止することができる。一酸化炭素濃度C1を測定することにより、前処理工程で加工室26の洗浄に消費される浸炭ガスの量や加工室26の洗浄の進行度合いを推定することができる。例えば、浸炭品質が充分に得られる閾値CTを設定することにより、前処理工程において充分な浸炭品質が得るための適正量の浸炭ガスを供給することができる。したがって、前処理工程における不要な浸炭ガスの消費を抑制することができるとともに、生産性を高くすることができる。
As described above, according to the vacuum carburizing method of the present embodiment, the carburizing
本実施形態の真空浸炭方法では、閾値CTは、5体積%以上15体積%以下のいずれかの濃度で設定される。閾値CTを一酸化炭素濃度が15体積%以下で設定することにより、少なくとも未使用の浸炭炉20を用いた場合の浸炭品質と同程度の浸炭品質を得ることができる。一酸化炭素濃度が5体積%以上で設定することにより、前処理工程における浸炭ガスの過剰な供給を抑制または防止することができる。
In the vacuum carburizing method of the present embodiment, the threshold CT is set at any concentration of 5% by volume or more and 15% by volume or less. By setting the threshold value CT at a carbon monoxide concentration of 15% by volume or less, it is possible to obtain a carburizing quality that is at least the same level as the carburizing quality when an
本実施形態の真空浸炭方法によれば、閾値CTは、10体積%で設定されている。前処理工程において浸炭ガスを過剰に供給することなく、加工対象WKに要求される浸炭品質を効率良く得ることができる。 According to the vacuum carburizing method of this embodiment, the threshold CT is set at 10% by volume. Carburizing quality required for the workpiece WK can be efficiently obtained without excessively supplying carburizing gas in the pretreatment process.
本実施形態の真空浸炭方法によれば、前処理工程よりも前に、昇温した浸炭炉20に空気を供給する炉内洗浄工程を備えている。バーンアウトという簡易な方法により加工室26に堆積した遊離炭素などの異物を除去することができる。また、炉内洗浄工程により発生した酸化物96を、前処理工程によって除去することができ、炉内洗浄工程による浸炭品質の低下を抑制または防止することができる。
According to the vacuum carburizing method of the present embodiment, the furnace cleaning step of supplying air to the
B.他の実施形態:
(B1)上記第1実施形態では、前処理工程において、浸炭炉20からの排出ガスの一酸化炭素濃度C1を測定し、一酸化炭素濃度C1が予め定められた閾値CT以下になるまで浸炭炉20に前記浸炭ガス90を供給する例を示した。これに対して、前処理工程において閾値CTが用いられない構成とされてもよい。例えば、前処理工程では、浸炭炉20に予め定められた供給量の浸炭ガスを供給してもよい。この形態の真空浸炭方法によれば、CO濃度センサ40を省略することができ、真空浸炭装置100の部品点数を減らすことができる。また、制御装置80による制御を簡素化することができる。
B. Other embodiments:
(B1) In the first embodiment, in the pretreatment step, the carbon monoxide concentration C1 of the exhaust gas from the carburizing
予め定められた供給量とは、加工室26の洗浄に用いられ得る供給量を意味し、加工室26に堆積した酸化物96などの異物を除去するために消費され得る浸炭ガスの量である。浸炭ガスの供給量は、図6に示した実験結果などに基づいて設定されることが好ましい。浸炭ガスの供給量は、例えば、図6に示す実験結果で一酸化炭素濃度が10体積%以下を示した供給量を用いて設定することができる。具体的には、グラフG1に示すように、未使用の浸炭炉20を用いる場合には、供給量V2の浸炭ガスを供給するように設定することができる。グラフG2に示すように、累積使用回数が多い浸炭炉20を用いる場合には、累積使用回数が少ない浸炭炉20を用いる場合よりも、前処理工程における浸炭ガスの供給量が多くなるように設定されることが好ましい。例えば、累積使用回数が多い浸炭炉20を用いる場合には、供給量V4の浸炭ガスを供給するように設定することができる。この形態の真空浸炭方法によれば、浸炭炉20の累積使用回数が増加することにより加工室26での酸化物96の堆積量が増加した場合であっても、前処理工程により除去することができる。したがって、浸炭炉20の累積使用回数の増加に基づく浸炭品質の低下を抑制または防止することができる。
Predetermined feed rate means the feed rate that can be used to clean the
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by the computer program. may be Alternatively, the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control units and techniques described in this disclosure can be implemented by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured. The computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the respective modes described in the Summary of the Invention column may be used to solve some or all of the above problems, or Substitutions and combinations may be made as appropriate to achieve part or all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
20…浸炭炉、22…断熱壁、22S…内壁、24…交換扉、26…加工室、28…ヒータ、31…浸炭ガス供給源、32…供給量調節装置、33…真空ポンプ、38…浸炭ガス供給路、39…ガス排出路、40…CO濃度センサ、42…温度センサ、44…圧力センサ、80…制御装置、82…CPU、84…メモリ、90…浸炭ガス、94…水素、96…酸化物、98…一酸化炭素、100…真空浸炭装置、WK…加工対象
DESCRIPTION OF
Claims (7)
減圧および加熱された状態の浸炭炉に浸炭ガスを供給して、前記浸炭炉からの排出ガスの一酸化炭素濃度を測定し、前記一酸化炭素濃度が予め定められた閾値以下になるまで前記浸炭炉に前記浸炭ガスを供給する前処理工程と、
前記前処理工程の後に、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉の内部に加工対象を配置して前記浸炭ガスを供給する浸炭工程と、を備える、
真空浸炭方法。 A vacuum carburizing method,
A carburizing gas is supplied to the carburizing furnace in a decompressed and heated state, and the carbon monoxide concentration of the exhaust gas from the carburizing furnace is measured, and the carburizing is performed until the carbon monoxide concentration is equal to or lower than a predetermined threshold. a pretreatment step of supplying the carburizing gas to the furnace;
After the pretreatment step, a carburizing step of placing the object to be processed in the carburizing furnace in a decompressed and heated state and supplying the carburizing gas;
Vacuum carburizing method.
さらに、前記前処理工程よりも前に、昇温した前記浸炭炉に空気を供給する炉内洗浄工程を備える、
真空浸炭方法。 The vacuum carburizing method according to any one of claims 1 to 3,
Further, a furnace cleaning step of supplying air to the carburizing furnace whose temperature has been raised is provided before the pretreatment step,
Vacuum carburizing method.
減圧および加熱された状態の浸炭炉に、前記浸炭炉の洗浄に用いられる予め定められた供給量の浸炭ガスを供給する前処理工程と、
前記前処理工程の後に、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉の内部に加工対象を配置して前記浸炭ガスを供給する浸炭工程と、を備える、
真空浸炭方法。 A vacuum carburizing method,
a pretreatment step of supplying a predetermined supply amount of carburizing gas used for cleaning the carburizing furnace to the carburizing furnace in a decompressed and heated state;
After the pretreatment step, a carburizing step of placing the object to be processed in the carburizing furnace in a decompressed and heated state and supplying the carburizing gas;
Vacuum carburizing method.
前記前処理工程において、前記浸炭炉の累積使用回数が多い場合の前記供給量が、前記累積使用回数が少ない場合の前記供給量よりも多くなるように、前記浸炭ガスを供給する、
真空浸炭方法。 The vacuum carburizing method according to claim 5,
In the pretreatment step, the carburizing gas is supplied such that the supply amount when the carburizing furnace has been used a large number of times is larger than the supply amount when the carburization furnace has been used a small number of times.
Vacuum carburizing method.
浸炭炉と、
浸炭ガスを貯留する浸炭ガス供給源と、
前記浸炭ガス供給源と前記浸炭炉とを接続する浸炭ガス供給路と、
前記浸炭ガス供給路に設けられ、前記浸炭炉に対する前記浸炭ガスの供給量を調節するための供給量調節装置と、
前記浸炭炉に接続されるガス排出路と、
前記浸炭炉および前記ガス排出路の少なくともいずれかに設けられる一酸化炭素濃度センサと、
前記供給量調節装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉に前記浸炭ガスを供給して、前記浸炭炉からの排出ガスの一酸化炭素濃度を測定し、前記一酸化炭素濃度が予め定められた閾値以下になるまで前記浸炭炉に前記浸炭ガスを供給する前処理を実行し、
前記前処理が実行された後に、減圧および加熱された状態の前記浸炭炉の内部に加工対象を配置して前記浸炭ガスを供給する、
真空浸炭装置。 A vacuum carburizing apparatus,
a carburizing furnace;
a carburizing gas supply source that stores carburizing gas;
a carburizing gas supply path connecting the carburizing gas supply source and the carburizing furnace;
a supply amount adjusting device provided in the carburizing gas supply passage for adjusting the supply amount of the carburizing gas to the carburizing furnace;
a gas discharge path connected to the carburizing furnace;
a carbon monoxide concentration sensor provided in at least one of the carburizing furnace and the gas discharge path;
and a control device that controls the supply amount adjustment device,
The control device supplies the carburizing gas to the carburizing furnace in a decompressed and heated state, measures the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas from the carburizing furnace, and performing a pretreatment of supplying the carburizing gas to the carburizing furnace until it becomes equal to or less than the threshold;
After the pretreatment is performed, the object to be processed is placed inside the carburizing furnace in a decompressed and heated state, and the carburizing gas is supplied.
Vacuum carburizing equipment.
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