JP2859704B2 - 真空熱処理炉 - Google Patents

真空熱処理炉

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被処理物を急速に冷却することのできる真空
熱処理炉に関する。
〔従来の技術及びその問題点〕 一般に鋼を加熱処理した後に、その鋼の温度が経時的
に下がっていく時の組織の変化する状態を第2図に示
す。図においてMsはマルテンサイト変態が始まる温度、
Mfはそれが終了する温度を示す。
鋼の焼き入れ工程では、加熱処理終了時の温度THから
S秒以内に温度TLまで冷却しないと充分なマルテンサイ
ト相が得られないので、充分な硬度が得られない。従っ
て、できるだけ急速に冷却する必要がある。
工具鋼などでは上記のSが20秒程度と短いものもあ
り、熱処理後、急速に冷却する必要のある、このような
特殊鋼の焼入れには、従来、油焼入れや塩浴焼入れなど
が行われてきた。しかし、これらの方法によると、冷却
後、鋼に付着した油や塩を落す工程が多くなり、又、鋼
の表面が浸炭されるなどして品質が低下するという問題
があった。
従って、上記のような問題のないガス冷却で鋼の熱処
理に必要な冷却速度を達成するために、最新技術では加
圧ガス冷却という手法が用いられるようになった。
この手法を用いて、熱処理後、炉中で強制冷却をする
ための真空熱処理炉には、従来からバッチ式炉と多室式
炉とがある。
第3図にバッチ式炉を模式的に示す概略断面図を示
す。真空熱処理炉は全体として(1)で示され、タンク
(2)の一端には被処理物(3)を搬出入するための気
密な扉(4)が設けられており、他端の壁(13)には回
転力を伝えるモータ(5)が外部に気密に取り付けられ
ている。タンク(2)の側壁にはバルブ(6)を通して
図示しない真空ポンプに接続される排気管(7)と、バ
ルブ(8)を通して不活性ガスを導入するガス導入管
(9)とが設けられている。
搬入された被処理物(3)を周囲から加熱するように
ヒータ(10)が配置されており、その周囲に設けられた
断熱板(11)及び開閉自在の断熱扉(12a)(12b)によ
って加熱部(19)が区画されている。タンク(2)の他
端の壁(13)と加熱部(19)との間にはモータ(5)に
よって回転する冷却ファン(14)と熱交換器(15)とが
断熱扉(12a)(12b)と一直線上に配置されている。熱
交換器(15)にはバルブ(16)と冷媒導入管(17)を通
して冷却媒体が導入される。(18)は冷却ファン(14)
に取りつけられた整風板、(20)は圧力ゲージである。
このようなバッチ式炉においては、扉(4)及び断熱
扉(12a)を開けて被処理物(3)を加熱部(19)に搬
入した後に扉(4)と断熱扉(12a)を閉じて排気管
(7)から排気する。その後一定の圧力まで降下した
後、加熱する。
所定の加熱処理が終了すると速やかに断熱扉(12a)
(12b)を開け、ガス導入管(9)から不活性ガスを導
入して内部圧を5Kg/cm2G程度にするとともに、冷却ファ
ン(14)を回転させ熱交換器(15)によって冷却される
不活性ガスを高速で被処理物(3)に吹きつけることに
よって冷却する。ここで圧力の表示は圧力ゲージ(20)
の読取値を示し、大気圧を0Kg/cm2と表示する。以下、
同様である。
次に、多室式炉の従来例について、模式的な概略断面
図を第4図に示す。
真空熱処理炉は全体として(21)で示され、断熱性の
仕切弁(22)によって気密に仕切られる加熱室(23)と
冷却室(24)とから成っている。冷却室(24)の仕切弁
(22)と反対の側に、被処理物(3)を搬出入するため
の気密な扉(4′)が設けられており、又、内部には被
処理物(3)を加熱室(23)と冷却室(24)との間で搬
送するための搬送機(25)が設けられている。その他の
構成で第3図と共通の部分には同一の符号を付し、説明
を省略する。
このような多室式炉においては、扉(4′)を開けて
冷却室(24)に搬入し排気管(7a)より排気した後仕切
弁(22)を開けて被処理物(3)を加熱室(23)に搬入
した後に仕切弁(22)を閉じ、排気管(7b)から排気し
た後、加熱する。
所定の加熱処理が終了すると速やかに仕切弁(22)を
開けて、被処理物(3)を搬送機(25)によって冷却室
(24)へ搬送した後、仕切弁(22)を閉じる。その後、
ガス導入管(9)から不活性ガスを導入して内部圧を約
2Kg/cm2Gにするとともに冷却ファン(14)を回転させ、
熱交換器(15)によって冷却される不活性ガスを高速で
被処理物(3)に吹きつけることによって冷却する。
以上、2つの従来例を説明したが、第3図のバッチ式
炉の場合は、1つのタンク(2)の中に加熱機構と冷却
機構とが組み込まれているために、冷却する際には被処
理物(3)だけでなく、ヒータ(10)、断熱板(11)及
び断熱扉(12a)(12b)なども含めて大きい熱容量のも
のを同時に冷却しなければならず、5〜10Kg/cm2Gの加
圧を必要とする。又、被処理物(3)だけを冷却しよう
としても、周囲の温度が高いのでこれらからの輻射熱を
受け、充分な冷却効果が得られない。従って、 鋼などの被処理物(3)の焼入れ性に大きな影響のあ
る初期冷却速度をあまり大きくすることができず、第2
図のS秒以内に冷却できないことがある。
不活性ガスの密度が高いため、この風速によって炉内
の構成材に変形が生じるなど、消耗が早い。又、被処理
物(3)にも歪が生じた場合には、歪修正の工程がさら
に必要になる。
熱容量及び冷却する空間が大きいので、不活性ガスの
使用量と、冷却ファン(14)の動力が大きく、ランニン
グコストが高い。
という問題がある。
一方、第4図の多室式炉の場合は、加熱室(23)と冷
却室(24)とに分れているため、冷却するのは冷却室
(24)に搬入された被処理物(3)だけでよく、熱容量
が小さいため、2Kg/cm2G程度のバッチ式炉より低い圧力
で、バッチ式炉の場合と同等の冷却速度が得られる。す
なわち、この場合、冷却室(24)においては周囲の温度
が低いので、バッチ炉の場合とは逆に被処理物(3)か
ら冷却室(24)の壁等へと輻射により熱移動があるの
で、効率よく冷却される。従って、不活性ガスの使用量
や冷却ファン(14)の動力などのランニングコストの点
では、バッチ式炉よりも有利である。
しかし、加熱室(23)と冷却室(24)とに分れている
ために、被処理物(3)を冷却し始めるまでに時間を要
する。すなわち、 (a)仕切弁(22)を開けて、被処理物(3)を加熱室
(23)から冷却室(24)へ搬送する時間−t1 (b)仕切弁(22)を閉じる時間−t2 (c)冷却室(24)に不活性ガスを導入して、真空から
2Kg/cm2Gにするまでの時間−t3 を経た後でなければ被処理物(3)の冷却は始まらな
い。つまり、被処理物(3)自体の実質冷却時間をαと
すると、t1+t2+t3+αを第2図のS秒よりも短かくし
なければならないのであるが、t1+t2+t3が長いと、非
常に早い冷却を必要とする特殊鋼の場合にはαを充分に
取ることができず、冷却不足となってしまう。
換言すれば焼入れ開始はTHの温度で開始し、この場
合、S時間しか冷却時間が許されない。第2図で更に示
されるように移動時間などの(t1+t2+t3)の時間をか
せぎ出すために加熱室でTH′まで加熱させておくと冷却
時間もS→S′と長くとれることができる。しかしこの
ように焼入れ温度を通常より高くすると被処理物(3)
の結晶粒が成長しすぎてしまい、硬度は充分高くなるが
脆くなって使用に耐えない状態になってしまう。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は以上のような問題に鑑みてなされ、t1+t2
t3を短かくして実質冷却時間を充分とることによって被
処理物を急速に冷却することのできる真空熱処理炉を提
供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、仕切扉によって気密に仕切られる加熱室
と冷却室及び前記仕切扉を通して被処理材を前記加熱室
と前記冷却室との間で搬送する搬送手段を備え、前記冷
却室には、冷却手段と搬出扉とが備えられている真空熱
処理炉において、前記加熱室と前記冷却室とにそれぞれ
冷却用ガス導入口を設け、前記冷却手段には冷却程度を
制御する手段を設け、かつ、前記加熱室と前記冷却室と
を接続する開閉自在のバイパスガス回路を設けたことを
特徴とする真空熱処理炉、によって達成される。
〔作用〕
以上のように構成される真空熱処理炉においては、被
処理物を急速に冷却して、品質の良い鋼を得ることがで
きる。
〔実 施 例〕
次に、実施例について図面を参照して説明する。
第1図の本実施例の真空熱処理炉の模式的な概略断面
図を示す。真空熱処理炉は全体として(31)で示される
が、第4図の多室式の真空熱処理炉(21)を改良したも
のである。
すなわち、真空熱処理炉(31)は断熱性の仕切弁(2
2)によって気密に仕切られる加熱室(23)と冷却室(2
4)とから成り、被処理物(3)を加熱室(23)と冷却
室(24)との間で搬送するための搬送機(25)を備えて
いる。冷却室(24)には被処理物(3)を搬出入するた
めの扉(4)と、被処理物(3)を冷却するための冷却
ファン(14)と熱交換器(15)とが備えられている。
加熱室(23)及び冷却室(24)にはそれぞれ、ガスリ
ザーバタンク(32)からバルブ(26)及び(8)を通し
て不活性ガスを導入するためのガス導入管(27)及び
(9)が取り付けられている。冷却ファン(14)にはそ
の回転数をコントロールすることによって冷却の程度を
変えることのできる冷却ファン回転コントローラ(28)
が取り付けられている。又、加熱室(23)と冷却室(2
4)とをバイパスして接続するバイパス管(30)が設け
られており、これはバルブ(29)によって開閉自在とな
っている。(20a)(20b)はそれぞれ圧力ゲージであ
る。
その他の構成は第4図の真空熱処理炉(21)と同じで
あるので同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
次に本実施例の作用について説明する。
先ず、扉(4′)を開けて冷却室(24)に搬入して排
気管(7a)より排気した後仕切弁(22)を開けて被処理
物(3)として工具鋼を加熱室(23)に搬入した後に仕
切弁(22)を閉じ、排気管(7b)から排気しながらヒー
タ(10)に通電して被処理物(3)を所定温度まで加熱
する。
所定の加熱処理が終了しないうちに、バルブ(26)及
び(8)を開いてガス導入管(27)及び(9)から不活
性ガスとしてアルゴン等を導入し、圧力を約2Kg/cm2Gま
で上げた。この場合、ヒータ(10)によって引き続き加
熱されているので被処理物(3)は適切な加熱処理温度
に保持されている。
所定の加熱処理が終了すると速やかにバイパス管(3
0)のバルブを開けて、加熱室(23)と冷却室(24)と
の圧力を等しくした。両室内には前以ってほゞ同じ圧力
(2Kg/cm2G)までガスを導入しているのであるが、この
操作によって圧力は全く等しくなり、それによって次に
仕切弁(22)を開ける時に圧力差によってパッキンが外
れるなどの不具合が生ずることがない。
次いで速やかに仕切弁(22)を開けるが、既に加熱室
(23)と冷却室(24)との圧力は等しいので速い速度で
開けても何ら問題がない。次いで被処理物(3)を加熱
室(23)から冷却室(24)へ搬送しながら冷却ファン
(14)を回転させる。この時、冷却ファン回転コントロ
ーラ(28)によって初めは少ない回転数約300r.p.m.で
回転させ、被処理物(3)が搬入されて仕切弁(22)を
完全に閉じた所で所定の回転数1500〜1800r.p.m.で回転
させるようにした。このように冷却ファン(14)の回転
数をコントロールすることによって、バッチ式炉の冷却
法の欠点である、冷却の風速によって加熱室(23)内の
構成部品が損傷を受けるということがなく、しかも冷却
は速やかに行なうことができる。
以上のような操作によって、先に述べた搬送時間
(t1)と、仕切弁(22)を閉じる時間(t2)を実質上、
半分にすることができる。又、前以って加熱室(23)と
冷却室(24)とにガスを導入しておくことによって、ガ
ス導入時間(t3)を実質的にゼロにすることができる。
本実施例において被処理物(3)として用いた工具鋼
は加熱処理温度TH(約800℃)からTL(約400℃)まで冷
却する時間は30秒(S)以内でなければならないが、本
実施例においてはt1+t2+t3は被処理物(3)が移動を
始める時点より冷却が開始されるので実質的には“0"に
近くなり、その後の実質的冷却時間(α)を充分に取っ
て冷却することができたので、品質の良い焼入鋼を得る
ことができた。
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想
に基き、種々の変形が可能である。
例えば、本実施例の真空熱処理炉(31)は加熱室(2
3)と冷却室(24)との2室から成るが、第1図におい
て加熱室(23)の左側に、気密な仕切扉を介して、搬入
扉を有する準備室を接続させてもよい。
〔発明の効果〕
本発明の真空熱処理炉は以上のような構成であるの
で、以下のような効果を有する。
すなわち、従来、油焼入れや塩浴焼入れによって行な
われてきた特殊鋼の焼入れ処理が、本発明により冷却速
度が早まるので、ガス冷却で行なうことが可能になっ
た。これによって、冷却後、被処理物に付着した塩ある
いは油を落す工程が不要であり、ランニングコスト低減
につながる。又、ガス冷却では被処理物の表面に浸炭な
どが発生しないので、品質の低下を防ぐことができる。
又、本発明の多室式の真空熱処理炉においてはバッチ
式炉に比べて、ガスの使用量が少なく、又、そのために
冷却ファンの動力も小さくできるので、省エネとなり、
ガス、電気等のランニングコストが低くなる。又、加熱
室を冷却することがないので、再加熱の際のエネルギー
が不要である。又、バッチ式炉の場合のように、高いガ
ス圧のために被処理物が急速に冷却される時に歪が生じ
るということがない。従って、歪修正工程が不要であ
り、ランニングコスト低減につながる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例にかかる真空熱処理炉の模式的
な概略断面図、第2図は鋼を焼入れする時の組織変化を
経時的に示す図、第3図は従来のバッチ式炉の模式的概
略断面図及び第4図は従来の多室式炉の模式的概略断面
図である。 なお図において、 (9)(27)……ガス導入管 (14)……冷却ファン (28)……冷却ファン回転コントローラ (29)……バルブ (30)……バイパス管 (31)……真空熱処理炉

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】仕切扉によって気密に仕切られる加熱室と
    冷却室及び前記仕切扉を通して被処理材を前記加熱室と
    前記冷却室との間で搬送する搬送手段を備え、前記冷却
    室には、冷却手段と搬出扉とが備えられている真空熱処
    理炉において、前記加熱室と前記冷却室とにそれぞれ冷
    却用ガス導入口を設け、前記冷却手段には冷却程度を制
    御する手段を設け、かつ、前記加熱室と前記冷却室とを
    接続する開閉自在のバイパスガス回路を設けたことを特
    徴とする真空熱処理炉。
JP16346490A 1990-06-21 1990-06-21 真空熱処理炉 Expired - Lifetime JP2859704B2 (ja)

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