JP3547700B2

JP3547700B2 - 連続真空浸炭炉

Info

Publication number: JP3547700B2
Application number: JP2000339121A
Authority: JP
Inventors: 耕一福田; 彰男田村; 和啓古谷; 賢二樫原; 徹門野; 末雄高島; 茂村上; 良行岩上; 哲原井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2002146512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は装入室、浸炭室、拡散室、降温室及び焼入室を含む鉄合金部品の連続真空浸炭方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバッチ送りの鉄合金部品の連続真空浸炭炉は、例えば９８年６月発行ＡＤＶＡＮＮＣＥＤＭＥＴＡＬＳ＆ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ誌ＦＰｒｅｉｓｓｅｒ他”ＵＰＤＡＴＥＯＮＶＡＣＵＵＭーＢＡＳＥＤＣＡＲＢＵＲＩＺＩＮＮＧ ”のＦｉｇ．５に記載する、図３に示すような連続真空浸炭炉が知られている。この連続真空浸炭炉は、昇温室に続く、真空シール扉で仕切られた独立した浸炭室で真空浸炭された後、真空シールで仕切られた独立した拡散室で拡散処理されていた。真空浸炭処理方法は浸炭時間（Ｔ_Ｃ）、拡散時間（Ｔ_ｄ）を厳密に制御しかつ各々の時間比率（Ｔ_Ｃ／Ｔ_ｄ）を浸炭処理する温度に応じて変更させなければならない処理方法である。例えば処理温度を９３０ ℃から１０４０℃に変化させると前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）は１．５から３．５と大きくき変更しなければならない。同一浸炭深さを得るには処理温度が高いほど短時間で浸炭可能なことから深い浸炭では処理温度の高い高温浸炭を採用するが、逆に薄い浸炭では低めの処理温度を選んだ方が深さを制御しやすくなる。また浸炭処理される材質によっては結晶粒粗大化などの問題で、高温浸炭を採用できない場合もある。このように連続真空浸炭炉と言えども、必要な浸炭深さや材質に応じ処理温度を変更する必要がある。したがって連続真空浸炭炉のように一定時間間隔で浸炭処理品が送られて来る場合、得ようとする浸炭深さによりサイクルタイムが決まってきた。
【０００３】
また、昇温時間すなわち昇温室滞在時間により処理品が浸炭温度まで昇温させられるが、サイクルタイムが短い場合は処理品は昇温室滞在時間内で所定の温度まで達しない場合がある。通常、サイクルタイムが短い場合は浸炭深さが浅いものが一般的であり、浸炭・拡散より昇温時間がサイクルタイムを決める要素となる。得ようとする浸炭深さが深い場合は昇温時間は問題にならないで、浸炭・拡散時間がサイクルタイムを決定する。
【０００４】
浸炭深さが浅くサイクルタイムが短い場合から浸炭深さが深くサイクルタイムが長い場合をカバーする連続真空浸炭炉の構成は、サイクルタイムが短い場合の処理品が所定温度に達するための昇温室、サイクルタイムが長い場合の浸炭室、拡散室のいずれも具備する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理品が一定であれば、専用の必要最小限の設備で浸炭処理が可能であるが、フレキシビリティを持つ、即ち広い浸炭処理条件が可能な設備を考えた場合、想定される条件を満たす容量、個数を備えた昇温室、浸炭室、拡散室が必要になる。
【０００６】
本発明の課題は、装入室、昇温室、浸炭室、拡散室、降温・保持室及び焼入室を含む鉄合金の連続真空浸炭炉において、処理品のサイクルタイム、浸炭深さの変化に効率的に対応し、フレキシビリティを増した連続真空浸炭方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、装入室、昇温室、浸炭室、拡散室、降温・保持室及び焼入室を含む鉄合金部品の連続真空浸炭炉において、複数の浸炭室を有し、前記浸炭室は拡散室と兼用の複数の浸炭兼拡散室とし、浸炭・拡散を行うようにし、前記複数の浸炭兼拡散室は直列に配置され、かつ前記複数の浸炭兼拡散室に１又は複数のトレイ又はトレイバスケット（以下「トレイ等」という）を順次装入しながら、対応した数のトレイ等を次室の降温・保持室に払出しする場合、複数の前記浸炭兼拡散室の少なくとも１の浸炭及び／又は拡散の処理時間を他の浸炭兼拡散室のそれらと異なるようにしたことを特徴とする連続真空浸炭炉を提供することによって、上述した従来技術の課題を解決した。
【０００８】
【発明の効果】
かかる構成により本発明は一定時間毎に順次供給される連続真空浸炭炉において、直列に配置された複数の浸炭兼拡散室を有し、処理品の浸炭と拡散を複数の室で処理をおこない、必要最小限の設備で要求サイクルタイムと要求浸炭深さを満足するよう浸炭兼拡散室を効果的に使用しフレキシビリテイを増した連続真空浸炭炉を提供するものとなった。
好ましくは、前記装入室、昇温室、各浸炭兼拡散室、拡散室の各室の最終工程の該室圧力と次室の最初の工程の該室圧力とを同じとすることにより、装入室の入口扉、搬出室の出口扉、焼入室の入口扉34及び出口扉は厳重な真空シール扉としたが、昇温室及び各浸炭兼拡散室の入口扉及び出口扉はより真空シール性が低い簡単な真空シール扉とした連続真空浸炭炉を提供するものとなった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態である浸炭室および拡散室を兼ねた複数の浸炭兼拡散室を鉄合金部品の連続真空浸炭炉に適用した立面概略断面ブロック図を示す。本実施の形態は、短いサイクルタイムの例で搬出室を備えているが、サイクルタイムによっては、備えなくてもよい。本実施の形態の連続真空浸炭炉１は、装入室１８と、それぞれ真空シール扉で仕切られた独立した、昇温室１１、３個の（他の数であってもよい）浸炭兼拡散室１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、降温・保持室１９及び隣接する焼入室１５及び搬出室１７を有する。処理品である鉄合金部品をトレイ又はバスケット１３を、図示しないウオーキングビーム、ローラといった内部送り装置で、装置内部で図でみて左から右の方向に移動するようにされている。本実施の形態では１個づつ、連続的に装入室１８から昇温室１１へ挿入される。昇温室１１は３個のトレイ又はバスケット１３が収容可能な設計であり３サイクルで隣接の浸炭兼拡散室１２ａへ装入され、その後、サイクルタイム毎、１トレイ又はバスケットずつ隣接の各室へ装入され焼入室１５で焼入後搬出室１７へ送られ、搬出室１７から外に取り出される。
【００１０】
図１の本発明の実施の形態では、直列に配置された複数の浸炭兼拡散室 12a,12b,12cの少なくとも１の昇温、浸炭及び／又は拡散の処理時間を他の浸炭兼拡散室のそれらと異ならせることにより、浸炭ガスの使用量を節約し、かつ浸炭兼拡散室 12a,12b,12cを効果的に使用しフレキシビリテイを増した連続真空浸炭炉となった。
装入室18、昇温室11及び複数の浸炭兼拡散室 12a,12b,12cの各室の最終工程の該室圧力と次室の最初の工程の該室圧力とを同じとしたので、装入室18の入口扉31、搬出室17の出口扉36、焼入室15の入口扉34及び出口扉35は厳重な真空シール扉としたが、昇温室11及び浸炭兼拡散室 12a,12b,12cの入口扉33及び出口扉34はより真空シール性が低い簡単な真空シール扉とした連続真空浸炭炉を提供するものとなった。
明細書の内容に変更なし。
【００１１】
〔実施例１〕深い浸炭の例として、表面より深さ１．２ｍｍでの要求炭素濃度０．３％の場合の工程について、図２（ａ）を参照して説明する。この場合図１の浸炭兼拡散室１２ａ，１２ｂ，１２ｃが３室であれば、４０分サイクルとなる。
ａ．装入室１８の入口扉３１を開いてトレイ又はバスケット１３を装入室１８へ搬入、この時、昇温室１１の入口扉３２は閉じている。装入室１８の入口扉３１を閉じ装入室１８内を０．０５Ｋｐａ程度に減圧する。
ｂ．昇温室１１内は約１０００℃に昇温・保持され、０．０５Ｋｐａ程度に減圧されている。昇温室１１の入口扉３２を開いて装入室１８からトレイ又はバスケット１３が搬入される。同時に昇温室１１出口扉３３を開き昇温室１１内にある３個のトレイ又はバスケット１３はサイクルタイム４０分毎に、それぞれ１ピッチずつ前に送られ先頭のものは第１浸炭拡散室１２ａへ搬入される。浸炭拡散室１２ａへ送られたトレイ又はバスケット上の鉄合金部品は１２０分昇温され昇温室の室内温度に昇温している。
ｃ．第１浸炭拡散室１２ａは約１０００℃に保持され、０．０５Ｋｐａ程度に減圧されている。入口出口扉を閉じ５分均熱後、浸炭ガスとしてエチレンガスを２５ｌ／ｍｉｎ供給し室内圧力を６Ｋｐａで制御しながら浸炭を５分行い、浸炭ガスを停止し０．０５Ｋｐａ程度に減圧し１４分拡散をした後、再度浸炭ガスを２５ｌ／ｍｉｎ供給し室内圧力を６Ｋｐａで制御して浸炭を行い、浸炭ガスを停止し０．０５Ｋｐａ程度に減圧し１４分拡散を行う。
ｄ．第１浸炭拡散室１２ａのトレイ又はバスケットは第２浸炭拡散室１２ｂへ搬入される。浸炭拡散室１２ｂは約１０００℃に保持され、０．０５Ｋｐａ程度に減圧されている。入口出口扉を閉じ５分均熱後、浸炭ガスとしてエチレンガスを２５ｌ／ｍｉｎ供給し室内圧力を６Ｋｐａで制御しながら浸炭を２分行い、浸炭ガスを停止し０．０５Ｋｐａ程度に減圧し３３分拡散を行う。
ｅ．第２浸炭拡散室１２ｂのトレイ又はバスケットは第３浸炭拡散室１２ｃへ搬入される。浸炭拡散室１２ｃは約１０００℃に保持され、０．０５Ｋｐａ程度に減圧されている。入口出口扉を閉じ５分均熱後、浸炭ガスとしてエチレンガスを２５ｌ／ｍｉｎ供給し室内圧力を６Ｋｐａで制御しながら浸炭を１分行い、浸炭ガスを停止し０．０５Ｋｐａ程度に減圧し３４分拡散を行う。
ｆ．第３浸炭拡散室１２ｃのトレイ又はバスケットは、０．０５Ｋｐａ程度に減圧されている降温・保持室１９へ搬入される。Ｎ_２ガスで１００ｋＰａまで昇圧し、８５０ ℃まで降温、同温度でサイクルタイム４０分間保持した後、焼入室１５へ搬入され油焼入れする。
【００１２】
〔実施例２〕浅い浸炭の例として、表面より深さ0.5 mmでの要求炭素濃度 0.3％の場合の工程について、図２（ｂ）を参照して説明する。この場合図１の浸炭兼拡散室 12a,12b,12cが３室であれば、20分サイクルとなる。トレイ又はバスケット13は実施例１と同様にサイクルタイム毎に処理され順送りされる。
a. 装入室18の入口扉31を開いてトレイ又はバスケット13を装入室18へ搬入、この時、昇温室11の入口扉32は閉じている。装入室18の入口扉31を閉じ装入室18内を0.05Kpa 程度に減圧する。
b. 昇温室11は0.05Kpa 程度に減圧されており、昇温室11内は約 950℃に昇温・保持されるが、昇温室11での昇温時間は20分３サイクル計60分であり、実施例２では鉄合金部品は 950℃まで昇温しない。
c. 第１浸炭拡散室 12aでは搬入されたトレイ又はバスケットを 950℃、0.05Kpaの減圧状態で5 分昇温させる。実施例では第１浸炭拡散室 12aでの20分昇温により鉄合金部品は 950℃に昇温を確認。
d. 第２浸炭拡散室 12bでは 5分均熱後、3 分浸炭を行い 6分拡散し、再度２分浸炭し 4分拡散する。
e. 第３浸炭拡散室 12cでは 6分均熱後、1 分浸炭を行い13分拡散する。
f. 第３浸炭拡散室 12cのトレイ又はバスケット13は降温・保持室19へ搬入される。N₂ガスで 100 kPaまで昇圧し、850 ℃まで降温、同温度でサイクルタイム20分内保持した後焼入室15へ搬入され油焼入れする。
明細書の内容に変更なし。
【００１３】
図３の従来技術の連続浸炭炉２０は、装入室２８と、それぞれ真空シール扉で仕切られた独立した、複数のステーションを有する昇温室２１、浸炭室２２、複数のステーションを有する拡散室２３、降温室・保持室２６及び隣接するガス焼入室２５を有する。図示しないウオーキングビームといった内部送り装置で、図示しないワークを入れたバスケット又はトレイ２９を、１個ずつ連続的にステーション毎に、一定時間間隔で順次連続浸炭炉２０の装入室２８に装入されると、同時に焼入室２５を経て順次焼き入れされ、装置内部で図でみて左から右の方向に移動するようにされている。
【００１４】
上述したように、真空浸炭装置では、浸炭時間（Ｔｃ）、拡散時間（Ｔｄ）を厳密に制御しかつ各々の時間比率（Ｔｃ／Ｔｄ）を浸炭処理する温度（以下処理温度と書く）に応じて変更させねばならない処理方法であり、例えば処理温度を９３０ ℃から１０４０℃に変化させると前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）は１．５から３．５と大きくき変更しなければならない。図３の従来技術の連続浸炭炉２０では、バスケット又はトレイ２９を、昇温室２１には３個、後の各室には１個ずつ配置する例を示したが、前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）が１．５のときは、他の室の処理時間は、前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）０．５分だけ休止し、全体の処理時間は１．５倍に延び、前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）が３．５のときは３．５倍に延びる。仮にバスケット又はトレイ２９を、図３の昇温室２１には９個、後の各室には３個ずつ配置し、バスケット又はトレイ２９を１個ずつ連続的に、一定時間間隔で順次連続浸炭炉２０に装入すると仮定すると、前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）が１．５のときは他の室の処理時間は前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）０．５分だけ不足することになる。予め設定した浸炭室のステーション数で対応するときも、前記比率（Ｔｃ／Ｔｄ）が１．５倍から３．５倍に延びるときは、大きなタイムロスが発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】浸炭室、拡散室および昇温室を兼ねた３個の浸炭兼拡散室を鉄合金部品の連続真空浸炭炉に適用した立面概略断面ブロック図を示す。
【図２】図１の連続真空浸炭炉で、（ａ）は実施例１及び（ｂ）は実施例２について、サイクルタイムと浸炭深さと各室の用途および条件を示す。
【図３】９８年６月発行ＡＤＶＡＮＮＣＥＤＭＥＴＡＬＳ＆ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ誌８４ＫＫ頁のＦｉｇ．５に記載する従来技術の連続真空浸炭炉の立面概略断面ブロック図を示す。
【符号の説明】
１・・連続真空浸炭炉
１１・・昇温室
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・・浸炭兼拡散室
１３・・部品を入れたバスケット
１５・・焼入室
１７・・搬出室
１８・・装入室
１９・・降温・保持室

Claims

装入室、昇温室、浸炭室、拡散室、降温・保持室及び焼入室を含む鉄合金部品の連続真空浸炭炉において、複数の浸炭室を有し、前記浸炭室は拡散室と兼用の複数の浸炭兼拡散室とし、浸炭・拡散を行うようにし、前記複数の浸炭兼拡散室は直列に配置され、かつ前記複数の浸炭兼拡散室に１又は複数のトレイ又はトレイバスケット（以下「トレイ等」という）を順次装入しながら、対応した数のトレイ等を次室の降温・保持室に払出しする場合、複数の前記浸炭兼拡散室の少なくとも１の浸炭及び／又は拡散の処理時間を他の浸炭兼拡散室のそれらと異なるようにしたことを特徴とする連続真空浸炭炉。
前記装入室、昇温室、各浸炭兼拡散室、拡散室の各室の最終工程の該室圧力と次室の最初の工程の該室圧力とを同じとするようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の連続真空浸炭炉。