JP3553207B2 - 金属の熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属の熱処理装置に係り、特に、金属に冶金的変態を生じさせるために、恒温保持したり、焼入れ，焼き戻し等を行なう際に用いる金属の熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、球状黒鉛鋳鉄製品の機械的特性を向上させる目的で、該鋳鉄製品をオーステナイト化温度に加熱し、次に、これより低温度の恒温におけるオーステンパ処理により、ベーナイトと少量の残留オーステナイトよりなる基地組織とする所謂ＡＤＩ（Ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄ Ｄｃｔｉｌｅ Ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ）製品について研究されている。
【０００３】
従来、このような鋳鉄製品の熱処理を行う場合には、図１７及び図１８に示すように、電気加熱炉を用い、被熱処理品をバケットやシャーレに入れるなどして、Ｎ２ 雰囲気中で被熱処理品を９００℃〜９５０℃に加熱し（ａ）、次に、バケットに被熱処理品を入れたまま炉から取り出し、恒温保持用電気炉によって２５０℃〜４００℃に保持された例えば硝酸塩を主原料としたソルトを入れた塩浴槽に入れて急冷し、恒温に保持する（ｂ）。その後、一次洗浄槽に被熱処理品を入れて清流水により被熱処理品を洗浄し付着したソルトを流し（ｃ）、更に、二次洗浄槽に被熱処理品を入れて清流水により熱処理品を洗浄し付着したソルトを充分に落とし（ｄ）、処理するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の熱処理においては、以下のような問題点があった。
先ず、塩浴槽においては、ソルトを用いて冷却しているが、ソルトの持つ特性上熱の移動速度が遅く、即ち、熱伝導速度が遅いので、被熱処理品を充分に変態させることができないことがあり、製品の機械的特性の向上を充分に図ることができないことがあるという問題があった。
特に、被熱処理品の厚さが厚くなると、内部の熱が逃げにくいので、所望の変態を期待できなくなってしまう。
そのため、従来においては、ソルトの量を多くし、急速に攪拌するなどの対策を取っているが、装置を複雑にしてしまう欠点がある。
また、従来においては、一時的に上記の恒温温度以下に冷却保持し、その後恒温温度で恒温変態を完了させることも行なっているが、複雑な処理なので煩雑を極めてしまう。
【０００５】
また、塩浴における処理は、バケットに熱処理品を入れてまとめて処理する所謂バッチ式処理なので、連続的な処理ができないことから、それだけ、作業性が必ずしも良いものではなく、処理効率が悪いという問題もあった。
更に、被熱処理品に付着したソルトは、そのままの状態では金属の腐食を促進させるため、完全に除去する必要があることから、洗浄槽での洗浄処理を行なわなければならないので、それだけ、処理工数が多くなり、この点でも処理効率が悪いという問題があった。
更にまた、ソルトの溶けた排水は公害の発生の要因となっており、排水の処理についての対策が必要になり、それだけ、処理コストが高くなっているという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、熱伝導速度を速めて被熱処理品の変態効率を向上させることができるようにするとともに、連続的な処理を可能にし、更に、洗浄工程をなくして処理工数を削減し、もって、処理効率を向上させ、処理コストを大幅に低減することのできる金属の熱処理装置を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため本発明は、金属からなる被熱処理品を恒温熱処理する恒温処理槽を備えた金属の熱処理装置において、上記恒温処理槽を、被熱処理品とは異なる種類の溶融金属が収容されるとともに被熱処理品が入れられる入口部及び該被熱処理品が取り出される出口部を有した浴槽と、該浴槽中の溶融金属を加熱して溶融状態にする加熱部と、上記浴槽の入口部に入れられた被熱処理品を出口部に搬送する搬送手段とを備えて構成したものである。
上記溶融金属として、比重が被熱処理品よりも大きい比重の金属を用いたことが有効である。
また、上記溶融金属として、スズ（錫）を用いたことが有効である。
【０００８】
そして、本発明においては、上記搬送手段を、浴槽外部に設けられ上記出口部側に吸引口を備え上記入口部側に吐出口を有した流路と、該流路の吸引口から浴槽内の溶融金属を吸引するとともに吐出口から吐出して該浴槽内に入口部から出口部に向かう溶融金属の金属流を発生させるポンプとを備えて構成し、該金属流により浴槽内に入れられた被熱処理品を搬送する構成にしている。
【０００９】
この場合、上記搬送手段を、被熱処理品の移動を一時的に規制する移動規制機構を備えて構成し、該移動規制機構を、上記浴槽を搬送方向に沿って複数の区間に仕切る複数の仕切板を備えた仕切体と、該仕切体の仕切板が浴槽内に位置する仕切位置及び浴槽外に位置する離間位置の２位置に移動可能に支持する支持機構と、該支持機構に支持された仕切体の仕切板を上記仕切位置及び離間位置の２位置に間欠的に移動させる駆動機構とを備えて構成したことが有効である。
また、この場合、上記仕切体を、上記駆動機構により交互に駆動させられる第１仕切体と第２仕切体とに分割し、第１仕切体と第２仕切体の仕切板を交互に列設したことが有効である。
【００１０】
そしてまた、必要に応じ、上記恒温処理槽に隣接して設けられ被熱処理品を予め所定温度に加熱する加熱炉を設け、加熱炉で加熱される被熱処理品を加熱炉から恒温処理槽の浴槽の入口部に供給する供給手段を設けた構成としている。
上記供給手段を、加熱炉内において被熱処理品を間欠的に搬送するコンベアを備えて構成したことが有効である。
【００１１】
【作用】
このような構成からなる金属の熱処理装置によれば、恒温処理槽の浴槽の入口部に被熱処理品を入れると、被熱処理品は、搬送手段により入口部から出口部に搬送される。そして、この搬送過程において、被熱処理品と溶融金属との熱交換が行なわれ、被熱処理品が変態していく。
この場合、溶融金属は熱伝導性に優れていることから、被熱処理品に対する熱の伝達が早く、そのため、冷却あるいは加熱において、内部組織に均等な作用を生じさせることができ、被熱処理品の変態効率が向上させられる。
【００１２】
【実施例】
以下添付図面に基づいて、本発明の実施例に係る金属の熱処理装置について詳細に説明する。図１及び図２に示すように、実施例に係る金属の熱処理装置の基本的構成は、金属からなる被熱処理品Ｓを恒温熱処理する恒温処理槽Ｋと、恒温処理槽Ｋに隣接して設けられ被熱処理品Ｓを予め所定温度に加熱する加熱炉Ｈとからなる。
恒温処理槽Ｋは、図１乃至図８に示すように、溶融金属Ｍが収容され被熱処理品Ｓが入れられる浴槽１と、浴槽１中の溶融金属Ｍを加熱して溶融状態にする加熱部１０と、浴槽１に入れられた被熱処理品Ｓを搬送する搬送手段２０とを備えている。
【００１３】
溶融金属Ｍとしては、スズ（錫）が用いられる。この場合、使用する金属スズ浴の純度が重要である。即ち、通例一般的にスズには鉛、アンチモン、ヒ素、銅その他少量の不純物が含有されている。
純金属に固溶する不純物の熱伝導に対する影響は、微量の段階においても、顕著な伝導度の低下を来すものであり、溶融スズに溶存するこれらの不純物は少量でも同様に熱伝導に悪影響を及ぼすものと認められる。
従って、使用する金属スズ浴は精練されたスズ地金または同等の純度の高いものが望ましく、スズ合金の使用は避けるべきである。
尚、空気酸化によるスカム（浮渣）生成の点からもスズ地金程度のものを選ぶのが妥当である。
【００１４】
浴槽１は、例えば、ステンレスなどの耐熱金属で形成されており、被熱処理品Ｓが入れられる入口部２及び該被熱処理品Ｓが取り出される出口部３を有している。この浴槽１は耐熱性部材で形成された支持台４に支持されている。
また浴槽１には、図４及び図８に示すように、後述の溶融金属流の流れを整流する整流体５が入れられている。この整流体５は、その開口７が浴槽１の内周に沿う皿状に形成され、溶融金属Ｍの入口部２側から出口部３側への流れを許容する小孔６が所要の位置に適宜開設されている。
【００１５】
加熱部１０は、図４乃至図６に示すように、浴槽１を支持する支持台４に設けられかつ浴槽１の底面に接して形成され、高温の燃焼ガスが通過する煙道１１を備えている。この煙道１１は、支持台４の側部中央に設けられた燃焼ガスの吹込み口１２から、支持台４の側部の吹込み口１２の左右に設けられた排気口１３に向けて左右に分岐する通路状に形成されている。
加熱部１０において、図１，図２及び図６に示すように、１４は吹込み口１２に設けられ煙道１１に向けてＬＰＧの燃焼ガスを発生させるバーナ、１５は排気口１３に接続された排気筒である。
【００１６】
搬送手段２０は、溶融金属流により浴槽１内に入れられた被熱処理品Ｓを入口部２から出口部３に搬送するものである。この搬送手段２０は、図３乃至図５及び図７に示すように、上記と同様にステンレスなどの耐熱金属で形成され溶融金属Ｍが流される流路２１を備えている。流路２１は、浴槽１の外側部に隣接して設けられ上記出口部３の側部に吸引口２２を備え上記入口部２の側部に吐出口２３を有している。
この流路２１には、流路２１の吸引口２２から浴槽１内の溶融金属Ｍを吸引するとともに吐出口２３から吐出して浴槽１内に入口部２から出口部３に向かう溶融金属Ｍの金属流を発生させるポンプ２４が設けられている。ポンプ２４は、流路２１中に介装され回転させられて溶融金属Ｍを流す羽根２５と、この羽根２５を回転させる電動モータ２６とを備えている。
【００１７】
また、搬送手段２０は、被熱処理品Ｓの移動を制御する移動規制機構３０を備えている。この移動規制機構３０は、図３乃至図５に示すように、上記浴槽１を搬送方向に沿って複数の区間に仕切る複数の仕切板３１を備えた仕切体３２を備えている。仕切体３２は、第１仕切体３２Ａ（仕切板３１を３枚所有）と第２仕切体３２Ｂ（仕切板３１を２枚所有）とに二分割されており、第１仕切体３２Ａと第２仕切体３２Ｂの仕切板３１は交互に列設されている。仕切板３１は、図５に示すように、金網で形成され、フレーム３１ａに張設されている。この仕切体３２の仕切板３１により、図４及び図１２に示すように、浴槽１内は、搬送方向に沿って、Ｒ１〜Ｒ６までの区間に仕切られる。
【００１８】
３３は各仕切体３２を独立して支持し、図１２に示すように、仕切体３２の仕切板３１が浴槽１内に位置する仕切位置Ａ及び浴槽１外に位置する離間位置Ｂの２位置に移動可能に支持する支持機構である。この支持機構３３は、図３乃至図５に示すように、支持枠３４を介して浴槽１の上部に固定されるベース部材３５と、ベース部材３５に回転可能に設けられるスプロケット３６と、一端がスプロケット３６に巻き掛け可能に固定され、他端が仕切体３２のフレーム３１ａに固定されて仕切体３２を吊下し、スプロケット３６の回転により巻き掛け及び巻き戻しされるチェーン３７とを備えて構成されている。スプロケット３６及びチェーン３７は、各仕切体３２毎に一対設けられ、一対のスプロケット３６は、回転軸３８に連結されている。３９は回転軸３８の軸受である。
【００１９】
４０は支持機構３３に支持された仕切体３２の仕切板３１を上記仕切位置Ａ及び離間位置Ｂの２位置に間欠的に移動させる駆動機構であり、各回転軸３８を１回の動作で夫々正逆転させる電動モータ４１と、電動モータ４１の回転を回転軸３８に伝達するチェーン伝動機構４２とを備えて構成されている。各電動モータ４１は、図示外の制御部によって交互に作動させられる。
【００２０】
図１及び図２に示すように、加熱炉Ｈは、浴槽１に隣接して設けられ被熱処理品Ｓを予め所定温度に加熱するものである。図９及び図１０にも示すように、加熱炉Ｈは筒状に形成され、支持脚５０によって支持されている。加熱炉Ｈにおいて、５１は被熱処理品Ｓが支持される炉床５１、５２は被熱処理品Ｓの供給口、５３は排出口、５４は供給口５２から炉床５１を突出させて形成され被熱処理品Ｓを供給口５２側に供給するために該被熱処理品Ｓが載置される供給台、５５は被熱処理品Ｓの通過を許容可能に供給口５２を覆う石綿製のカーテンである。
また、５６は加熱炉Ｈ上部に設けられ炉内に向けてＬＰＧの燃焼ガスを発生させるバーナ、５７は排出口５３側に設けられた排気口５８に接続された排気筒である。
【００２１】
加熱炉Ｈは、図９及び図１０に示すように、加熱炉Ｈで加熱される被熱処理品Ｓを搬送して加熱炉Ｈから浴槽１の入口部２に供給する供給手段６０を備えている。供給手段６０は、加熱炉Ｈ内において被熱処理品Ｓを間欠的に搬送するコンベア６１を備えている。このコンベア６１は、供給口５２から排出口５３に向けて上記炉床５１に二条の貫通溝６２を形成し、この貫通溝６２に、駆動装置７０により上下に出没させられるとともに、前後に移動させられるレール６３を設けている。レール６３はアーム６４を介して支持部材６５に支持され、支持部材６５は転動するローラ６６を介して支承部材６７に支承されている。
【００２２】
駆動装置７０は、支持部材６５を間欠的に上下動させてレール６３を上下動させるリンク機構７１と、該リンク機構７１を作動させる電動モータ７２とを備えている。リンク機構７１は、上記支持脚５０間に架設される支持軸７３と、この支持軸７３に回動可能に設けられ一端が支承部材６７に係合し、他端がモータ７２に連係させられる一対のリンク７４とを備え、モータ７２の正転回動時にリンク７４の一端を後退させてレール６３を没入させ、モータ７２の逆転回動時にリンク７４の一端を進出させてレール６３を突出させる。
また、駆動装置７０は、支持部材６５に連係させられる別の正逆可能なモータ７５を備え、このモータ７５の正転回動時に支持部材６５を前側に移動させてレール６３を前進させ、モータ７５の逆転回動時に支持部材６５を後側に移動させてレール６３を後退させる。
【００２３】
各モータ７２，７５の作動タイミングは、図１１に示すように、レール６３の後退（ａ）位置からのレール６３の突出（ｂ）、レール６３の前進（ｃ）、レール６３の没入（ｄ）、レール６３の後退（ａ）が順に行なわれるように、図示外の制御部によって制御される。このレール６３の突出により、被熱処理品Ｓを持ち上げ、レール６３の前進により、持ち上げた被熱処理品Ｓを先に進め、レール６３の没入によって、先に進めた被熱処理品Ｓを当該進めた位置の炉床５１に載置し、レール６３の後退により元位置に復帰し、これらの繰り返しにより、被熱処理品Ｓを順次搬送する。
【００２４】
供給手段６０において、図１，図３及び図９に示すように、７７は加熱炉Ｈの排出口５３から浴槽１の入口部２に掛け渡されたシュータであり、上記レール６３の駆動により搬送され炉内で所定温度に加熱された被熱処理品Ｓを受け取って、浴槽１の入口部２に投入するものである。
また、図示外の制御部は、あらかじめの設定や、温度センサの検知等に基づいて、上記各バーナ１４，５６の制御を行ない、浴槽１の溶融金属Ｍの温度や加熱炉Ｈの温度を制御するとともに、上記の搬送手段２０の駆動制御及び供給手段６０の駆動制御等を行なう。
【００２５】
次に、本実施例に係る金属の熱処理装置の作用について説明する。
被熱処理品Ｓとして、球状黒鉛鋳鉄製品の場合について説明する。球状黒鉛鋳鉄製品は、パーライト，フェライト，黒鉛からなる周知の組織状態であり、例えば、黒鉛の球状化率が８０％以上で、その粒数が３００〜１０００個／ｍｍ２ になるように鋳造されている。
【００２６】
次に、この被熱処理品Ｓを以下の工程により熱処理する。図１８はこの熱処理工程の温度の変化を示すグラフである。
１）加熱工程
この被熱処理品Ｓを、加熱炉Ｈに入れ、９００℃〜９５０℃に加熱する。時間は、例えば、肉厚が３〜５ｍｍのものについては、１５〜３０分行なう。これにより、組織がオーステナイト化される。
【００２７】
この加熱工程においては、図１１に示すように、被熱処理品Ｓを供給台５４に間隔をおいて載せると、コンベア６１のレール６３により加熱炉Ｈ内に搬送され、この搬送過程で加熱される。即ち、図１１に示すように、レール６３は、後退位置（ａ）から突出（ｂ），前進（ｃ），没入（ｄ），後退（ａ）を順に行なっており、そのため、被熱処理品Ｓがレール６３に持ち上げられて炉床５１から上昇し、前進し、下降して炉床５１に載置されるサイクルを繰り返す。これにより、炉内を順次搬送され、加熱されていく。
そして、搬送終端に至ると、被熱処理品Ｓはシュータ７７に落とされ、これにより、浴槽１に投入される。
この場合、被熱処理品Ｓは、自動的に浴槽１内に投入されるので、逐一手作業で投入しなくても良く、作業効率が極めて良くなっている。
【００２８】
また、加えて、この加熱炉Ｈにおいては、従来の電気炉に比較して以下の長所を有する。
▲１▼ 従来の電気コイルによる雰囲気及び輻射熱による加熱方法では、熱効率が低く、長時間の加熱時間を必要としていたが、実施例によれば、加熱炉Ｈの燃焼方式がＬＰＧバーナーによる強制対流方式であることと炉内の炉壁からの輻射熱が低下せず炉内温度が一定であるため、加熱時間が短縮される。
▲２▼ 従来は、加熱炉内部における加熱に伴う酸化を防止するため、Ｎ２ ，Ａｒ等の不活性雰囲気を必要とし、加熱炉の構造が複雑になっていたが、実施例によれば、ＬＰＧの燃焼ガスは還元性雰囲気であり、炉内は陽圧になることから外部から空気が流入しないので、処理品の酸化が少なく、また、装置の構造が簡素化される。
▲３▼ 従来はバッチ式なので、自動的に被熱処理品Ｓを供給する構造にはできないが、実施例では自動搬送して供給できるので、効率のよい稼動ができる。
▲４▼ また、実施例では被熱処理品Ｓを入れて移動するための高温に耐えることのできる特別の容器を必要としない。
▲５▼ 従来のバッチ式では、被熱処理品Ｓの挿入，搬出の際、加熱炉Ｈの開閉が必要とされるため熱損失、不活性ガスの操作等の問題を有していたが、実施例では加熱炉Ｈの開閉が不要になるので、熱効率が極めてよくなる。
【００２９】
２）冷却工程
浴槽１には、２５０℃〜４００℃のスズ（Ｓｎ：融点２３１℃）が溶融状態で収容されており、投入された被熱処理品Ｓはこのスズ浴により、急激に冷却され所定時間保持される。
この場合、被熱処理品Ｓはコンベア６１によって間欠的に搬送され、間欠的に浴槽１内に投入されるので、被熱処理品Ｓが１個あるいは数個ずつ間隔をおいて投入されることになり、そのため、浴槽１内である程度ばらけるので、以下の工程での処理において、スズ浴に被熱処理品Ｓを充分に晒すことができ、それだけ、熱吸収効率が向上させられる。
また、この被熱処理品Ｓは、溶融スズの浮力により浮く。即ち、常温（２０℃）における比重は、スズ７．２９８ｇ／ｃｍ３ に対し鋳鉄７．１〜７．２ｇ／ｃｍ３ であることから、２５０〜４００℃の温度おける溶融スズと鋳鉄品の比重差は僅小であるが、この差により被熱処理品Ｓが浴中に浮き、塩浴に比べて環流に伴う冷却効果が良好に行なわれる。
【００３０】
この冷却工程において、被熱処理品Ｓは、図１２に示すように、先ず、第１仕切体３２Ａの仕切板３１で仕切られた区間Ｒ１に投入される。この状態では、ポンプ２４が作り出す溶融金属流により、浴槽１内に入れられた被熱処理品Ｓは、入口部２から出口部３へ向けて常時流されて移動させられようとしている。
そして、移動規制機構３０により、その移動は制御される。移動規制機構３０は、駆動機構４０により、第１仕切体３２Ａと第２仕切体３２Ｂとを交互に駆動する。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、先ず、第１仕切体３２Ａが仕切位置Ａから離間位置Ｂに移動させられると、第１仕切体３２Ａの仕切板３１がなくなるので、Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５の区間にある被熱処理品ＳがＲ２，Ｒ４，Ｒ６の区間へと流され、第２仕切体３２Ｂの仕切板３１によって停止させられる。
その後、図１２（ｂ）（ｃ）に示すように、第１仕切体３２Ａが離間位置Ｂから仕切位置Ａに移動させられた後、第２仕切体３２Ｂが仕切位置Ａから離間位置Ｂに移動させられると、Ｒ２，Ｒ４の区間にあった被熱処理品ＳがＲ３，Ｒ５の区間へと移動する。そしてまた、第２仕切体３２Ｂが離間位置Ｂから仕切位置Ａに移動させられた後、第１仕切体３２Ａが仕切位置Ａから離間位置Ｂに移動させられ、上記と同様に被熱処理品Ｓが移動する。
【００３１】
このようにして、第１仕切体３２Ａと第２仕切体３２Ｂとを交互に駆動することにより、被熱処理品Ｓは、Ｒ１〜Ｒ６の区間に順次移動し、この移動過程で、冷却が行なわれる。そして、Ｒ６の区間に至った被熱処理品Ｓは、例えば、手作業により取り出し、常温に放置されて更に冷却される。
この場合、被熱処理品Ｓを一時的に溶融金属Ｍに停滞させることができるので、搬送時間を長くしたり短くしたりする搬送時間の制御を行なうことができ、そのため、被熱処理品Ｓの変態に必要な時間を確保できるので、確実に熱処理を行なわせることができる。
また、被熱処理品Ｓの移動を複数の仕切板３１で仕切って順番に流して搬送できるので、被熱処理品Ｓが先に入れられたものと後から入れられたものとが混ざってしまって、熱処理時間にムラができることがなく、この点でも、確実に熱処理を行なわせることができる。
【００３２】
更に、溶融金属Ｍを流しながら行なうので、溶融金属Ｍの攪拌作用もあり、そのため、溶融金属Ｍの温度の安定性が良くなり、それだけ、熱交換を確実に行なうことができ、被熱処理品Ｓの変態効率を向上させることができる。
また、被熱処理品Ｓをスズ浴に浮力により浮かばせることができるので、溶融スズの流れによる搬送を容易に行なわせることができるとともに、スズ浴からの被熱処理品Ｓの取出しも容易に行なうことができ、作業性が極めて良いものとなる。
【００３３】
この冷却工程においては、所謂オーステンパ処理が行なわれる。即ち、オーステナイトからベーナイトへの変態が必要な割合に応じて行なわれる温度に保持するところの一種の焼き入れが行なわれる。保持時間は、例えば、肉厚が３〜５ｍｍのものについて、１５〜３０分行なう。これにより、被熱処理品Ｓは、ベーナイト，残留オーステナイト，僅かの一次マルテンサイト及び黒鉛からなる組織状態に変化する。
【００３４】
また、この冷却保持は、スズ浴中で行なうので、スズは熱伝導度が高いので、冷却の進行を速やかに行うことができ、そのため、内部まで均一な焼き入れが行なわれ、内部まで均一なベーナイト組織が生成されていく。即ち、従来のオーステンパ処理においては、２５０〜４００℃の塩浴中で行なうが、この塩浴に比較して、スズは熱伝導度が高いので、速やかに変態温度に保持でき、全期間に亘って内部応力や変形がほとんど生じないようにして、内部まで均一な焼き入れを行なわせることができるのである。
【００３５】
即ち、この冷却工程（低温時効処理）においては、上部または下部ベーナイトと残留する少量のオーステナイトならびに黒鉛からなる基地組織を形成することにあり、高温の鋳鉄品を投入した場合、金属浴の冷却能はきわめて重要な要件となる。
熱伝導度を見ると、２０℃における鉄０．１８ｃａｌ／ｃｍ，ｓｅｃ，℃に対し、スズは０．１５とほとんど同じく、溶融塩に比してはるかに高い。
従って、投入された鋳鉄被熱処理品Ｓの放熱は金属スズの場合、良好な流動性と相まって、きわめて速かに行なわれて、短時間に所定の一定温度に到達し、生成される基地組織も全部位を通してほぼ一様の均質ものとなる。
また、溶融塩の場合、恒温処理に先立って一次冷却を必要とする場合があるが金属スズ浴の場合にはその必要は全くない。
【００３６】
さらに、溶融塩に対し金属スズ浴の優れた点は低温処理を行なった後の被熱処理品Ｓの処理である。附着した溶融塩は、水による洗浄を必要とし、処理された水に含まれる塩類は除去したうえ放流するという公害発生に対応した排水処理が不可欠となる。
これに対して、スズ浴使用の場合は、附着スズは僅少で、公害の懸念は全くない。この点もまた熱処理装置としてその簡素化に極めて有利になる。
【００３７】
（実験例１）
図１３に、塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の引張力の比較結果を示す。
これから分かるように、スズ浴では処理温度が低くても、高い引張力のある製品にすることができる。これは、被熱処理品の厚さがある程度厚くても、内部まで、容易に変態を生じさせることを示し、速やかに変態温度に保持でき、全期間に亘って内部応力や変形がほとんど生じないようにして、内部まで均一な焼き入れを行なわせることができることを示している。
【００３８】
（実験例２）
図１４に、塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の硬度の比較を被熱処理品の厚さを変えて測定した結果を示す。
これから分かるように、スズ浴では、被熱処理品の厚さがある程度厚くても、被熱処理品は高い硬度を示す。これは、内部まで容易に変態を生じさせることを示し、速やかに変態温度に保持でき、全期間に亘って内部応力や変形がほとんど生じないようにして、内部まで均一な焼き入れを行なわせることができることを示している。
【００３９】
即ち、上記の結果から、従来、溶融塩などを利用してきた熱処理方法に比較して、きわめて安定した方法でしかも簡易な装置によってすぐれた組織を有する品質の高い強度，硬度−靱性の鋳鉄品を得ることができる。加えて無公害技術とも言い得て、環境に対する悪影響もほとんどない。
これはすぐれた鋳造品にも対抗できるものであり、鋳鉄品の組成とともに、黒鉛球状化率ならびに黒鉛粒数を高度に保持することによって、今後、複雑な形状や寸法を有する鋳造部品の実用化に画期的な将来性を与えるものである。
【００４０】
尚、上記実施例に係る搬送手段２０は、溶融金属流により搬送するようにしているが、本発明の開発過程においては、例えば、図１５及び図１６に示すような搬送手段も考えられたので、参考のために掲げる。この搬送手段２０は、被熱処理品Ｓを係止する複数の爪８０を搬送方向に直交する方向に多数備えた係止部８１と、この係止部８１を搬送方向に沿って所定間隔で複数支持するチェーン８２と、このチェーン８２をスプロケット８３を介して搬送方向に循環駆動するチェーン駆動部８４とを備えて構成したものである。
【００４１】
尚また、上記実施例では、溶融金属Ｍをスズとし、被熱処理品Ｓを鋳鉄鋳物としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばＡＤＩに限らず鋼にも同じ目的で利用できる等、他の溶融金属Ｍを用いて、どのような被熱処理品Ｓの処理を行なっても良く、適宜変更して差し支えない。この場合、被熱処理品Ｓと溶融金属Ｍとが、合金化してしまわないようにその組み合わせ及び温度等の条件を適宜調整すればよい。また、本発明に係る熱処理装置は、加熱炉Ｈを有しない恒温処理槽Ｋを単独で備えても良く、焼き入れ焼き戻し等の種々の熱処理に利用できることは勿論である。また、上記実施例では、金属の冷却を目的としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、加熱を目的としてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属の熱処理装置によれば、被熱処理品の熱処理を溶融金属中で行なうので、溶融金属は熱伝導性に優れていることから、被熱処理品に対する熱の伝達が早く、そのため、冷却あるいは加熱において、内部組織に均等な作用を生じさせることができ、被熱処理品の変態効率を向上させることができる。
また、被熱処理品を入口部から出口部に搬送するので、被熱処理品の連続的な処理が可能になり、処理効率が大幅に向上させられる。
更にまた、熱処理を溶融金属中で行なうので、溶融金属を水で洗浄する特別な洗浄工程が不要になり、この点でも処理効率を向上させられ、処理コストを大幅に低減することができる。
【００４３】
また、溶融金属として、比重が被熱処理品よりも大きい比重の金属を用いた場合には、溶融金属の浮力により被熱処理品を浮かばせることができるので、搬送力を少なくして搬送を容易に行なわせることができるとともに、被熱処理品の取出しも容易に行なうことができ、作業性を向上させることができ、搬送手段の構造も簡易にできるという効果がある。
【００４４】
そして、上記溶融金属として、スズを用いた場合には、スズ浴は溶融温度２３１℃と常用重金属中では最も低く、溶融状態では流動性もきわめて良好であり、空気酸化も他金属に比べて非常に少なく、沸点も２４９３℃と高いので上記の低温における金属蒸気発生の危険性はなく、極めて安全に熱処理を行なうことができる。特に、このスズ金属浴を使用した場合には、球状黒鉛鋳鉄として黒鉛球状化率８０％以上、黒鉛粒数６００個／ｃｍ２ 以上の組織をもつ鋳鉄品でとくに顕著な効果が現われる。上述の高温オーステナイト化加熱において得られた均一に分布する微細な球状黒鉛とオーステナイトからなる組織は、ベーナイト化処理に当って、金属スズ浴のすぐれた特性によって、鋳鉄品の内部と外部、薄肉部と厚肉部ともほとんど同じ組織構成となり、得られる強度，硬度−靭性の関係も各部位に亘ってほぼ均質なものとなり、使用目的に応じてもっとも優れた特性を発揮できるものとなる。
【００４５】
また、本発明によれば、搬送手段を、ポンプにより溶融金属の金属流を発生させ、この金属流により浴槽内に入れられた被熱処理品を搬送するように構成したことから、装置の構造が極めて簡易になり、また、溶融金属を流しながら行なうので、溶融金属の撹拌作用もあり、そのため、溶融金属の温度の安定性が良くなるので、それだけ、熱交換を確実に行なうことができ、被熱処理品の変態効率を向上させることができる。
【００４６】
更にまた、金属流により被熱処理品を搬送するものにおいて、搬送手段に被熱処理品の移動を一時的に規制する移動規制機構を備えた場合には、被熱処理品を一時的に溶融金属に停滞させることができるので、搬送時間を長くしたり短くしたりする搬送時間の制御を行なうことができ、そのため、被熱処理品の変態に必要な時間を確保できるので、確実に熱処理を行なわせることができる。
また、被熱処理品の移動を複数の仕切板で仕切って順番に流して搬送できるので、被熱処理品が先に入れられたものと後から入れられたものとが混ざってしまって、熱処理時間にムラができることがなく、この点でも、確実に熱処理を行なわせることができる。
【００４７】
更に、仕切体を、駆動機構により交互に駆動させられる第１仕切体と第２仕切体とに分割し、第１仕切体と第２仕切体の仕切板を交互に列設した場合には、被熱処理品が先に入れられたものと後から入れられたものとが混ざってしまう事態をより一層確実に抑制でき、熱処理時間のムラを減じてより一層確実に熱処理を行なわせることができる。
【００４８】
また、浴槽に隣接して設けられ被熱処理品を予め所定温度に加熱する加熱炉を設け、加熱炉で加熱される被熱処理品を加熱炉から浴槽の入口に供給する供給手段を設けた場合には、一次加熱処理も併せて行なうことができるとともに、この一次加熱処理した被熱処理品を、自動的に浴槽内に供給できるので、被熱処理品の熱損失をなくすることがき、例えば、冷却においては、急冷を確実に行なうことができるようになるとともに、逐一手作業で移し替えを行なわなくても良いので、作業効率を大幅に向上させることができる。
【００４９】
そして、上記供給手段を、加熱炉内において被熱処理品を間欠的に搬送するコンベアを備えて構成した場合には、被熱処理品を１個あるいは数個ずつ間隔をおいて浴槽内に投入することができることになり、そのため、浴槽内である程度被熱処理品をばらけさせることができることから、溶融金属に被熱処理品を充分に晒すことができ、それだけ、均一な熱処理を行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽を示す側面断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽を示す正面断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽において加熱部の煙道を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽において搬送手段の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽において整流体を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の加熱炉を示す側面断面図である。
【図１０】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の加熱炉を示す正面断面図である。
【図１１】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の加熱炉の作用を示す工程図である。
【図１２】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽の作用を示す工程図である。
【図１３】塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の引張力の比較結果を示す表図である。
【図１４】塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の硬度の比較を被熱処理品の厚さを変えて測定した結果を示す表図である。
【図１５】本発明の開発過程において考えられた恒温処理槽における搬送手段の例を示す図である。
【図１６】図１５中Ｃ視断面図である。
【図１７】従来の熱処理方法の一例を示す工程図である。
【図１８】本発明が適用される鋳鉄の熱処理温度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
Ｓ 被熱処理品
Ｍ 溶融金属
Ｋ 恒温処理槽
Ｈ 加熱炉
１ 浴槽
２ 入口部
３ 出口部
５ 整流体
１０ 加熱部
１１ 煙道
１４ バーナ
２０ 搬送手段
２１ 流路
２２ 吸引口
２３ 吐出口
２４ ポンプ
３０ 移動規制機構
３１ 仕切板
３２ 仕切体
３２Ａ 第１仕切体
３２Ｂ 第２仕切体
３３ 支持機構
Ａ 仕切位置
Ｂ 離間位置
３５ ベース部材
３６ スプロケット
３７ チェーン
３８ 回転軸
４０ 駆動機構
５０ 支持脚
５１ 炉床
５２ 供給口
５３ 排出口
５６ バーナ
６０ 供給手段
６１ コンベア
７０ 駆動装置
７７ シュータ
【産業上の利用分野】
本発明は、金属の熱処理装置に係り、特に、金属に冶金的変態を生じさせるために、恒温保持したり、焼入れ，焼き戻し等を行なう際に用いる金属の熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、球状黒鉛鋳鉄製品の機械的特性を向上させる目的で、該鋳鉄製品をオーステナイト化温度に加熱し、次に、これより低温度の恒温におけるオーステンパ処理により、ベーナイトと少量の残留オーステナイトよりなる基地組織とする所謂ＡＤＩ（Ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄ Ｄｃｔｉｌｅ Ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ）製品について研究されている。
【０００３】
従来、このような鋳鉄製品の熱処理を行う場合には、図１７及び図１８に示すように、電気加熱炉を用い、被熱処理品をバケットやシャーレに入れるなどして、Ｎ２ 雰囲気中で被熱処理品を９００℃〜９５０℃に加熱し（ａ）、次に、バケットに被熱処理品を入れたまま炉から取り出し、恒温保持用電気炉によって２５０℃〜４００℃に保持された例えば硝酸塩を主原料としたソルトを入れた塩浴槽に入れて急冷し、恒温に保持する（ｂ）。その後、一次洗浄槽に被熱処理品を入れて清流水により被熱処理品を洗浄し付着したソルトを流し（ｃ）、更に、二次洗浄槽に被熱処理品を入れて清流水により熱処理品を洗浄し付着したソルトを充分に落とし（ｄ）、処理するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の熱処理においては、以下のような問題点があった。
先ず、塩浴槽においては、ソルトを用いて冷却しているが、ソルトの持つ特性上熱の移動速度が遅く、即ち、熱伝導速度が遅いので、被熱処理品を充分に変態させることができないことがあり、製品の機械的特性の向上を充分に図ることができないことがあるという問題があった。
特に、被熱処理品の厚さが厚くなると、内部の熱が逃げにくいので、所望の変態を期待できなくなってしまう。
そのため、従来においては、ソルトの量を多くし、急速に攪拌するなどの対策を取っているが、装置を複雑にしてしまう欠点がある。
また、従来においては、一時的に上記の恒温温度以下に冷却保持し、その後恒温温度で恒温変態を完了させることも行なっているが、複雑な処理なので煩雑を極めてしまう。
【０００５】
また、塩浴における処理は、バケットに熱処理品を入れてまとめて処理する所謂バッチ式処理なので、連続的な処理ができないことから、それだけ、作業性が必ずしも良いものではなく、処理効率が悪いという問題もあった。
更に、被熱処理品に付着したソルトは、そのままの状態では金属の腐食を促進させるため、完全に除去する必要があることから、洗浄槽での洗浄処理を行なわなければならないので、それだけ、処理工数が多くなり、この点でも処理効率が悪いという問題があった。
更にまた、ソルトの溶けた排水は公害の発生の要因となっており、排水の処理についての対策が必要になり、それだけ、処理コストが高くなっているという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、熱伝導速度を速めて被熱処理品の変態効率を向上させることができるようにするとともに、連続的な処理を可能にし、更に、洗浄工程をなくして処理工数を削減し、もって、処理効率を向上させ、処理コストを大幅に低減することのできる金属の熱処理装置を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため本発明は、金属からなる被熱処理品を恒温熱処理する恒温処理槽を備えた金属の熱処理装置において、上記恒温処理槽を、被熱処理品とは異なる種類の溶融金属が収容されるとともに被熱処理品が入れられる入口部及び該被熱処理品が取り出される出口部を有した浴槽と、該浴槽中の溶融金属を加熱して溶融状態にする加熱部と、上記浴槽の入口部に入れられた被熱処理品を出口部に搬送する搬送手段とを備えて構成したものである。
上記溶融金属として、比重が被熱処理品よりも大きい比重の金属を用いたことが有効である。
また、上記溶融金属として、スズ（錫）を用いたことが有効である。
【０００８】
そして、本発明においては、上記搬送手段を、浴槽外部に設けられ上記出口部側に吸引口を備え上記入口部側に吐出口を有した流路と、該流路の吸引口から浴槽内の溶融金属を吸引するとともに吐出口から吐出して該浴槽内に入口部から出口部に向かう溶融金属の金属流を発生させるポンプとを備えて構成し、該金属流により浴槽内に入れられた被熱処理品を搬送する構成にしている。
【０００９】
この場合、上記搬送手段を、被熱処理品の移動を一時的に規制する移動規制機構を備えて構成し、該移動規制機構を、上記浴槽を搬送方向に沿って複数の区間に仕切る複数の仕切板を備えた仕切体と、該仕切体の仕切板が浴槽内に位置する仕切位置及び浴槽外に位置する離間位置の２位置に移動可能に支持する支持機構と、該支持機構に支持された仕切体の仕切板を上記仕切位置及び離間位置の２位置に間欠的に移動させる駆動機構とを備えて構成したことが有効である。
また、この場合、上記仕切体を、上記駆動機構により交互に駆動させられる第１仕切体と第２仕切体とに分割し、第１仕切体と第２仕切体の仕切板を交互に列設したことが有効である。
【００１０】
そしてまた、必要に応じ、上記恒温処理槽に隣接して設けられ被熱処理品を予め所定温度に加熱する加熱炉を設け、加熱炉で加熱される被熱処理品を加熱炉から恒温処理槽の浴槽の入口部に供給する供給手段を設けた構成としている。
上記供給手段を、加熱炉内において被熱処理品を間欠的に搬送するコンベアを備えて構成したことが有効である。
【００１１】
【作用】
このような構成からなる金属の熱処理装置によれば、恒温処理槽の浴槽の入口部に被熱処理品を入れると、被熱処理品は、搬送手段により入口部から出口部に搬送される。そして、この搬送過程において、被熱処理品と溶融金属との熱交換が行なわれ、被熱処理品が変態していく。
この場合、溶融金属は熱伝導性に優れていることから、被熱処理品に対する熱の伝達が早く、そのため、冷却あるいは加熱において、内部組織に均等な作用を生じさせることができ、被熱処理品の変態効率が向上させられる。
【００１２】
【実施例】
以下添付図面に基づいて、本発明の実施例に係る金属の熱処理装置について詳細に説明する。図１及び図２に示すように、実施例に係る金属の熱処理装置の基本的構成は、金属からなる被熱処理品Ｓを恒温熱処理する恒温処理槽Ｋと、恒温処理槽Ｋに隣接して設けられ被熱処理品Ｓを予め所定温度に加熱する加熱炉Ｈとからなる。
恒温処理槽Ｋは、図１乃至図８に示すように、溶融金属Ｍが収容され被熱処理品Ｓが入れられる浴槽１と、浴槽１中の溶融金属Ｍを加熱して溶融状態にする加熱部１０と、浴槽１に入れられた被熱処理品Ｓを搬送する搬送手段２０とを備えている。
【００１３】
溶融金属Ｍとしては、スズ（錫）が用いられる。この場合、使用する金属スズ浴の純度が重要である。即ち、通例一般的にスズには鉛、アンチモン、ヒ素、銅その他少量の不純物が含有されている。
純金属に固溶する不純物の熱伝導に対する影響は、微量の段階においても、顕著な伝導度の低下を来すものであり、溶融スズに溶存するこれらの不純物は少量でも同様に熱伝導に悪影響を及ぼすものと認められる。
従って、使用する金属スズ浴は精練されたスズ地金または同等の純度の高いものが望ましく、スズ合金の使用は避けるべきである。
尚、空気酸化によるスカム（浮渣）生成の点からもスズ地金程度のものを選ぶのが妥当である。
【００１４】
浴槽１は、例えば、ステンレスなどの耐熱金属で形成されており、被熱処理品Ｓが入れられる入口部２及び該被熱処理品Ｓが取り出される出口部３を有している。この浴槽１は耐熱性部材で形成された支持台４に支持されている。
また浴槽１には、図４及び図８に示すように、後述の溶融金属流の流れを整流する整流体５が入れられている。この整流体５は、その開口７が浴槽１の内周に沿う皿状に形成され、溶融金属Ｍの入口部２側から出口部３側への流れを許容する小孔６が所要の位置に適宜開設されている。
【００１５】
加熱部１０は、図４乃至図６に示すように、浴槽１を支持する支持台４に設けられかつ浴槽１の底面に接して形成され、高温の燃焼ガスが通過する煙道１１を備えている。この煙道１１は、支持台４の側部中央に設けられた燃焼ガスの吹込み口１２から、支持台４の側部の吹込み口１２の左右に設けられた排気口１３に向けて左右に分岐する通路状に形成されている。
加熱部１０において、図１，図２及び図６に示すように、１４は吹込み口１２に設けられ煙道１１に向けてＬＰＧの燃焼ガスを発生させるバーナ、１５は排気口１３に接続された排気筒である。
【００１６】
搬送手段２０は、溶融金属流により浴槽１内に入れられた被熱処理品Ｓを入口部２から出口部３に搬送するものである。この搬送手段２０は、図３乃至図５及び図７に示すように、上記と同様にステンレスなどの耐熱金属で形成され溶融金属Ｍが流される流路２１を備えている。流路２１は、浴槽１の外側部に隣接して設けられ上記出口部３の側部に吸引口２２を備え上記入口部２の側部に吐出口２３を有している。
この流路２１には、流路２１の吸引口２２から浴槽１内の溶融金属Ｍを吸引するとともに吐出口２３から吐出して浴槽１内に入口部２から出口部３に向かう溶融金属Ｍの金属流を発生させるポンプ２４が設けられている。ポンプ２４は、流路２１中に介装され回転させられて溶融金属Ｍを流す羽根２５と、この羽根２５を回転させる電動モータ２６とを備えている。
【００１７】
また、搬送手段２０は、被熱処理品Ｓの移動を制御する移動規制機構３０を備えている。この移動規制機構３０は、図３乃至図５に示すように、上記浴槽１を搬送方向に沿って複数の区間に仕切る複数の仕切板３１を備えた仕切体３２を備えている。仕切体３２は、第１仕切体３２Ａ（仕切板３１を３枚所有）と第２仕切体３２Ｂ（仕切板３１を２枚所有）とに二分割されており、第１仕切体３２Ａと第２仕切体３２Ｂの仕切板３１は交互に列設されている。仕切板３１は、図５に示すように、金網で形成され、フレーム３１ａに張設されている。この仕切体３２の仕切板３１により、図４及び図１２に示すように、浴槽１内は、搬送方向に沿って、Ｒ１〜Ｒ６までの区間に仕切られる。
【００１８】
３３は各仕切体３２を独立して支持し、図１２に示すように、仕切体３２の仕切板３１が浴槽１内に位置する仕切位置Ａ及び浴槽１外に位置する離間位置Ｂの２位置に移動可能に支持する支持機構である。この支持機構３３は、図３乃至図５に示すように、支持枠３４を介して浴槽１の上部に固定されるベース部材３５と、ベース部材３５に回転可能に設けられるスプロケット３６と、一端がスプロケット３６に巻き掛け可能に固定され、他端が仕切体３２のフレーム３１ａに固定されて仕切体３２を吊下し、スプロケット３６の回転により巻き掛け及び巻き戻しされるチェーン３７とを備えて構成されている。スプロケット３６及びチェーン３７は、各仕切体３２毎に一対設けられ、一対のスプロケット３６は、回転軸３８に連結されている。３９は回転軸３８の軸受である。
【００１９】
４０は支持機構３３に支持された仕切体３２の仕切板３１を上記仕切位置Ａ及び離間位置Ｂの２位置に間欠的に移動させる駆動機構であり、各回転軸３８を１回の動作で夫々正逆転させる電動モータ４１と、電動モータ４１の回転を回転軸３８に伝達するチェーン伝動機構４２とを備えて構成されている。各電動モータ４１は、図示外の制御部によって交互に作動させられる。
【００２０】
図１及び図２に示すように、加熱炉Ｈは、浴槽１に隣接して設けられ被熱処理品Ｓを予め所定温度に加熱するものである。図９及び図１０にも示すように、加熱炉Ｈは筒状に形成され、支持脚５０によって支持されている。加熱炉Ｈにおいて、５１は被熱処理品Ｓが支持される炉床５１、５２は被熱処理品Ｓの供給口、５３は排出口、５４は供給口５２から炉床５１を突出させて形成され被熱処理品Ｓを供給口５２側に供給するために該被熱処理品Ｓが載置される供給台、５５は被熱処理品Ｓの通過を許容可能に供給口５２を覆う石綿製のカーテンである。
また、５６は加熱炉Ｈ上部に設けられ炉内に向けてＬＰＧの燃焼ガスを発生させるバーナ、５７は排出口５３側に設けられた排気口５８に接続された排気筒である。
【００２１】
加熱炉Ｈは、図９及び図１０に示すように、加熱炉Ｈで加熱される被熱処理品Ｓを搬送して加熱炉Ｈから浴槽１の入口部２に供給する供給手段６０を備えている。供給手段６０は、加熱炉Ｈ内において被熱処理品Ｓを間欠的に搬送するコンベア６１を備えている。このコンベア６１は、供給口５２から排出口５３に向けて上記炉床５１に二条の貫通溝６２を形成し、この貫通溝６２に、駆動装置７０により上下に出没させられるとともに、前後に移動させられるレール６３を設けている。レール６３はアーム６４を介して支持部材６５に支持され、支持部材６５は転動するローラ６６を介して支承部材６７に支承されている。
【００２２】
駆動装置７０は、支持部材６５を間欠的に上下動させてレール６３を上下動させるリンク機構７１と、該リンク機構７１を作動させる電動モータ７２とを備えている。リンク機構７１は、上記支持脚５０間に架設される支持軸７３と、この支持軸７３に回動可能に設けられ一端が支承部材６７に係合し、他端がモータ７２に連係させられる一対のリンク７４とを備え、モータ７２の正転回動時にリンク７４の一端を後退させてレール６３を没入させ、モータ７２の逆転回動時にリンク７４の一端を進出させてレール６３を突出させる。
また、駆動装置７０は、支持部材６５に連係させられる別の正逆可能なモータ７５を備え、このモータ７５の正転回動時に支持部材６５を前側に移動させてレール６３を前進させ、モータ７５の逆転回動時に支持部材６５を後側に移動させてレール６３を後退させる。
【００２３】
各モータ７２，７５の作動タイミングは、図１１に示すように、レール６３の後退（ａ）位置からのレール６３の突出（ｂ）、レール６３の前進（ｃ）、レール６３の没入（ｄ）、レール６３の後退（ａ）が順に行なわれるように、図示外の制御部によって制御される。このレール６３の突出により、被熱処理品Ｓを持ち上げ、レール６３の前進により、持ち上げた被熱処理品Ｓを先に進め、レール６３の没入によって、先に進めた被熱処理品Ｓを当該進めた位置の炉床５１に載置し、レール６３の後退により元位置に復帰し、これらの繰り返しにより、被熱処理品Ｓを順次搬送する。
【００２４】
供給手段６０において、図１，図３及び図９に示すように、７７は加熱炉Ｈの排出口５３から浴槽１の入口部２に掛け渡されたシュータであり、上記レール６３の駆動により搬送され炉内で所定温度に加熱された被熱処理品Ｓを受け取って、浴槽１の入口部２に投入するものである。
また、図示外の制御部は、あらかじめの設定や、温度センサの検知等に基づいて、上記各バーナ１４，５６の制御を行ない、浴槽１の溶融金属Ｍの温度や加熱炉Ｈの温度を制御するとともに、上記の搬送手段２０の駆動制御及び供給手段６０の駆動制御等を行なう。
【００２５】
次に、本実施例に係る金属の熱処理装置の作用について説明する。
被熱処理品Ｓとして、球状黒鉛鋳鉄製品の場合について説明する。球状黒鉛鋳鉄製品は、パーライト，フェライト，黒鉛からなる周知の組織状態であり、例えば、黒鉛の球状化率が８０％以上で、その粒数が３００〜１０００個／ｍｍ２ になるように鋳造されている。
【００２６】
次に、この被熱処理品Ｓを以下の工程により熱処理する。図１８はこの熱処理工程の温度の変化を示すグラフである。
１）加熱工程
この被熱処理品Ｓを、加熱炉Ｈに入れ、９００℃〜９５０℃に加熱する。時間は、例えば、肉厚が３〜５ｍｍのものについては、１５〜３０分行なう。これにより、組織がオーステナイト化される。
【００２７】
この加熱工程においては、図１１に示すように、被熱処理品Ｓを供給台５４に間隔をおいて載せると、コンベア６１のレール６３により加熱炉Ｈ内に搬送され、この搬送過程で加熱される。即ち、図１１に示すように、レール６３は、後退位置（ａ）から突出（ｂ），前進（ｃ），没入（ｄ），後退（ａ）を順に行なっており、そのため、被熱処理品Ｓがレール６３に持ち上げられて炉床５１から上昇し、前進し、下降して炉床５１に載置されるサイクルを繰り返す。これにより、炉内を順次搬送され、加熱されていく。
そして、搬送終端に至ると、被熱処理品Ｓはシュータ７７に落とされ、これにより、浴槽１に投入される。
この場合、被熱処理品Ｓは、自動的に浴槽１内に投入されるので、逐一手作業で投入しなくても良く、作業効率が極めて良くなっている。
【００２８】
また、加えて、この加熱炉Ｈにおいては、従来の電気炉に比較して以下の長所を有する。
▲１▼ 従来の電気コイルによる雰囲気及び輻射熱による加熱方法では、熱効率が低く、長時間の加熱時間を必要としていたが、実施例によれば、加熱炉Ｈの燃焼方式がＬＰＧバーナーによる強制対流方式であることと炉内の炉壁からの輻射熱が低下せず炉内温度が一定であるため、加熱時間が短縮される。
▲２▼ 従来は、加熱炉内部における加熱に伴う酸化を防止するため、Ｎ２ ，Ａｒ等の不活性雰囲気を必要とし、加熱炉の構造が複雑になっていたが、実施例によれば、ＬＰＧの燃焼ガスは還元性雰囲気であり、炉内は陽圧になることから外部から空気が流入しないので、処理品の酸化が少なく、また、装置の構造が簡素化される。
▲３▼ 従来はバッチ式なので、自動的に被熱処理品Ｓを供給する構造にはできないが、実施例では自動搬送して供給できるので、効率のよい稼動ができる。
▲４▼ また、実施例では被熱処理品Ｓを入れて移動するための高温に耐えることのできる特別の容器を必要としない。
▲５▼ 従来のバッチ式では、被熱処理品Ｓの挿入，搬出の際、加熱炉Ｈの開閉が必要とされるため熱損失、不活性ガスの操作等の問題を有していたが、実施例では加熱炉Ｈの開閉が不要になるので、熱効率が極めてよくなる。
【００２９】
２）冷却工程
浴槽１には、２５０℃〜４００℃のスズ（Ｓｎ：融点２３１℃）が溶融状態で収容されており、投入された被熱処理品Ｓはこのスズ浴により、急激に冷却され所定時間保持される。
この場合、被熱処理品Ｓはコンベア６１によって間欠的に搬送され、間欠的に浴槽１内に投入されるので、被熱処理品Ｓが１個あるいは数個ずつ間隔をおいて投入されることになり、そのため、浴槽１内である程度ばらけるので、以下の工程での処理において、スズ浴に被熱処理品Ｓを充分に晒すことができ、それだけ、熱吸収効率が向上させられる。
また、この被熱処理品Ｓは、溶融スズの浮力により浮く。即ち、常温（２０℃）における比重は、スズ７．２９８ｇ／ｃｍ３ に対し鋳鉄７．１〜７．２ｇ／ｃｍ３ であることから、２５０〜４００℃の温度おける溶融スズと鋳鉄品の比重差は僅小であるが、この差により被熱処理品Ｓが浴中に浮き、塩浴に比べて環流に伴う冷却効果が良好に行なわれる。
【００３０】
この冷却工程において、被熱処理品Ｓは、図１２に示すように、先ず、第１仕切体３２Ａの仕切板３１で仕切られた区間Ｒ１に投入される。この状態では、ポンプ２４が作り出す溶融金属流により、浴槽１内に入れられた被熱処理品Ｓは、入口部２から出口部３へ向けて常時流されて移動させられようとしている。
そして、移動規制機構３０により、その移動は制御される。移動規制機構３０は、駆動機構４０により、第１仕切体３２Ａと第２仕切体３２Ｂとを交互に駆動する。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、先ず、第１仕切体３２Ａが仕切位置Ａから離間位置Ｂに移動させられると、第１仕切体３２Ａの仕切板３１がなくなるので、Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５の区間にある被熱処理品ＳがＲ２，Ｒ４，Ｒ６の区間へと流され、第２仕切体３２Ｂの仕切板３１によって停止させられる。
その後、図１２（ｂ）（ｃ）に示すように、第１仕切体３２Ａが離間位置Ｂから仕切位置Ａに移動させられた後、第２仕切体３２Ｂが仕切位置Ａから離間位置Ｂに移動させられると、Ｒ２，Ｒ４の区間にあった被熱処理品ＳがＲ３，Ｒ５の区間へと移動する。そしてまた、第２仕切体３２Ｂが離間位置Ｂから仕切位置Ａに移動させられた後、第１仕切体３２Ａが仕切位置Ａから離間位置Ｂに移動させられ、上記と同様に被熱処理品Ｓが移動する。
【００３１】
このようにして、第１仕切体３２Ａと第２仕切体３２Ｂとを交互に駆動することにより、被熱処理品Ｓは、Ｒ１〜Ｒ６の区間に順次移動し、この移動過程で、冷却が行なわれる。そして、Ｒ６の区間に至った被熱処理品Ｓは、例えば、手作業により取り出し、常温に放置されて更に冷却される。
この場合、被熱処理品Ｓを一時的に溶融金属Ｍに停滞させることができるので、搬送時間を長くしたり短くしたりする搬送時間の制御を行なうことができ、そのため、被熱処理品Ｓの変態に必要な時間を確保できるので、確実に熱処理を行なわせることができる。
また、被熱処理品Ｓの移動を複数の仕切板３１で仕切って順番に流して搬送できるので、被熱処理品Ｓが先に入れられたものと後から入れられたものとが混ざってしまって、熱処理時間にムラができることがなく、この点でも、確実に熱処理を行なわせることができる。
【００３２】
更に、溶融金属Ｍを流しながら行なうので、溶融金属Ｍの攪拌作用もあり、そのため、溶融金属Ｍの温度の安定性が良くなり、それだけ、熱交換を確実に行なうことができ、被熱処理品Ｓの変態効率を向上させることができる。
また、被熱処理品Ｓをスズ浴に浮力により浮かばせることができるので、溶融スズの流れによる搬送を容易に行なわせることができるとともに、スズ浴からの被熱処理品Ｓの取出しも容易に行なうことができ、作業性が極めて良いものとなる。
【００３３】
この冷却工程においては、所謂オーステンパ処理が行なわれる。即ち、オーステナイトからベーナイトへの変態が必要な割合に応じて行なわれる温度に保持するところの一種の焼き入れが行なわれる。保持時間は、例えば、肉厚が３〜５ｍｍのものについて、１５〜３０分行なう。これにより、被熱処理品Ｓは、ベーナイト，残留オーステナイト，僅かの一次マルテンサイト及び黒鉛からなる組織状態に変化する。
【００３４】
また、この冷却保持は、スズ浴中で行なうので、スズは熱伝導度が高いので、冷却の進行を速やかに行うことができ、そのため、内部まで均一な焼き入れが行なわれ、内部まで均一なベーナイト組織が生成されていく。即ち、従来のオーステンパ処理においては、２５０〜４００℃の塩浴中で行なうが、この塩浴に比較して、スズは熱伝導度が高いので、速やかに変態温度に保持でき、全期間に亘って内部応力や変形がほとんど生じないようにして、内部まで均一な焼き入れを行なわせることができるのである。
【００３５】
即ち、この冷却工程（低温時効処理）においては、上部または下部ベーナイトと残留する少量のオーステナイトならびに黒鉛からなる基地組織を形成することにあり、高温の鋳鉄品を投入した場合、金属浴の冷却能はきわめて重要な要件となる。
熱伝導度を見ると、２０℃における鉄０．１８ｃａｌ／ｃｍ，ｓｅｃ，℃に対し、スズは０．１５とほとんど同じく、溶融塩に比してはるかに高い。
従って、投入された鋳鉄被熱処理品Ｓの放熱は金属スズの場合、良好な流動性と相まって、きわめて速かに行なわれて、短時間に所定の一定温度に到達し、生成される基地組織も全部位を通してほぼ一様の均質ものとなる。
また、溶融塩の場合、恒温処理に先立って一次冷却を必要とする場合があるが金属スズ浴の場合にはその必要は全くない。
【００３６】
さらに、溶融塩に対し金属スズ浴の優れた点は低温処理を行なった後の被熱処理品Ｓの処理である。附着した溶融塩は、水による洗浄を必要とし、処理された水に含まれる塩類は除去したうえ放流するという公害発生に対応した排水処理が不可欠となる。
これに対して、スズ浴使用の場合は、附着スズは僅少で、公害の懸念は全くない。この点もまた熱処理装置としてその簡素化に極めて有利になる。
【００３７】
（実験例１）
図１３に、塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の引張力の比較結果を示す。
これから分かるように、スズ浴では処理温度が低くても、高い引張力のある製品にすることができる。これは、被熱処理品の厚さがある程度厚くても、内部まで、容易に変態を生じさせることを示し、速やかに変態温度に保持でき、全期間に亘って内部応力や変形がほとんど生じないようにして、内部まで均一な焼き入れを行なわせることができることを示している。
【００３８】
（実験例２）
図１４に、塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の硬度の比較を被熱処理品の厚さを変えて測定した結果を示す。
これから分かるように、スズ浴では、被熱処理品の厚さがある程度厚くても、被熱処理品は高い硬度を示す。これは、内部まで容易に変態を生じさせることを示し、速やかに変態温度に保持でき、全期間に亘って内部応力や変形がほとんど生じないようにして、内部まで均一な焼き入れを行なわせることができることを示している。
【００３９】
即ち、上記の結果から、従来、溶融塩などを利用してきた熱処理方法に比較して、きわめて安定した方法でしかも簡易な装置によってすぐれた組織を有する品質の高い強度，硬度−靱性の鋳鉄品を得ることができる。加えて無公害技術とも言い得て、環境に対する悪影響もほとんどない。
これはすぐれた鋳造品にも対抗できるものであり、鋳鉄品の組成とともに、黒鉛球状化率ならびに黒鉛粒数を高度に保持することによって、今後、複雑な形状や寸法を有する鋳造部品の実用化に画期的な将来性を与えるものである。
【００４０】
尚、上記実施例に係る搬送手段２０は、溶融金属流により搬送するようにしているが、本発明の開発過程においては、例えば、図１５及び図１６に示すような搬送手段も考えられたので、参考のために掲げる。この搬送手段２０は、被熱処理品Ｓを係止する複数の爪８０を搬送方向に直交する方向に多数備えた係止部８１と、この係止部８１を搬送方向に沿って所定間隔で複数支持するチェーン８２と、このチェーン８２をスプロケット８３を介して搬送方向に循環駆動するチェーン駆動部８４とを備えて構成したものである。
【００４１】
尚また、上記実施例では、溶融金属Ｍをスズとし、被熱処理品Ｓを鋳鉄鋳物としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばＡＤＩに限らず鋼にも同じ目的で利用できる等、他の溶融金属Ｍを用いて、どのような被熱処理品Ｓの処理を行なっても良く、適宜変更して差し支えない。この場合、被熱処理品Ｓと溶融金属Ｍとが、合金化してしまわないようにその組み合わせ及び温度等の条件を適宜調整すればよい。また、本発明に係る熱処理装置は、加熱炉Ｈを有しない恒温処理槽Ｋを単独で備えても良く、焼き入れ焼き戻し等の種々の熱処理に利用できることは勿論である。また、上記実施例では、金属の冷却を目的としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、加熱を目的としてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属の熱処理装置によれば、被熱処理品の熱処理を溶融金属中で行なうので、溶融金属は熱伝導性に優れていることから、被熱処理品に対する熱の伝達が早く、そのため、冷却あるいは加熱において、内部組織に均等な作用を生じさせることができ、被熱処理品の変態効率を向上させることができる。
また、被熱処理品を入口部から出口部に搬送するので、被熱処理品の連続的な処理が可能になり、処理効率が大幅に向上させられる。
更にまた、熱処理を溶融金属中で行なうので、溶融金属を水で洗浄する特別な洗浄工程が不要になり、この点でも処理効率を向上させられ、処理コストを大幅に低減することができる。
【００４３】
また、溶融金属として、比重が被熱処理品よりも大きい比重の金属を用いた場合には、溶融金属の浮力により被熱処理品を浮かばせることができるので、搬送力を少なくして搬送を容易に行なわせることができるとともに、被熱処理品の取出しも容易に行なうことができ、作業性を向上させることができ、搬送手段の構造も簡易にできるという効果がある。
【００４４】
そして、上記溶融金属として、スズを用いた場合には、スズ浴は溶融温度２３１℃と常用重金属中では最も低く、溶融状態では流動性もきわめて良好であり、空気酸化も他金属に比べて非常に少なく、沸点も２４９３℃と高いので上記の低温における金属蒸気発生の危険性はなく、極めて安全に熱処理を行なうことができる。特に、このスズ金属浴を使用した場合には、球状黒鉛鋳鉄として黒鉛球状化率８０％以上、黒鉛粒数６００個／ｃｍ２ 以上の組織をもつ鋳鉄品でとくに顕著な効果が現われる。上述の高温オーステナイト化加熱において得られた均一に分布する微細な球状黒鉛とオーステナイトからなる組織は、ベーナイト化処理に当って、金属スズ浴のすぐれた特性によって、鋳鉄品の内部と外部、薄肉部と厚肉部ともほとんど同じ組織構成となり、得られる強度，硬度−靭性の関係も各部位に亘ってほぼ均質なものとなり、使用目的に応じてもっとも優れた特性を発揮できるものとなる。
【００４５】
また、本発明によれば、搬送手段を、ポンプにより溶融金属の金属流を発生させ、この金属流により浴槽内に入れられた被熱処理品を搬送するように構成したことから、装置の構造が極めて簡易になり、また、溶融金属を流しながら行なうので、溶融金属の撹拌作用もあり、そのため、溶融金属の温度の安定性が良くなるので、それだけ、熱交換を確実に行なうことができ、被熱処理品の変態効率を向上させることができる。
【００４６】
更にまた、金属流により被熱処理品を搬送するものにおいて、搬送手段に被熱処理品の移動を一時的に規制する移動規制機構を備えた場合には、被熱処理品を一時的に溶融金属に停滞させることができるので、搬送時間を長くしたり短くしたりする搬送時間の制御を行なうことができ、そのため、被熱処理品の変態に必要な時間を確保できるので、確実に熱処理を行なわせることができる。
また、被熱処理品の移動を複数の仕切板で仕切って順番に流して搬送できるので、被熱処理品が先に入れられたものと後から入れられたものとが混ざってしまって、熱処理時間にムラができることがなく、この点でも、確実に熱処理を行なわせることができる。
【００４７】
更に、仕切体を、駆動機構により交互に駆動させられる第１仕切体と第２仕切体とに分割し、第１仕切体と第２仕切体の仕切板を交互に列設した場合には、被熱処理品が先に入れられたものと後から入れられたものとが混ざってしまう事態をより一層確実に抑制でき、熱処理時間のムラを減じてより一層確実に熱処理を行なわせることができる。
【００４８】
また、浴槽に隣接して設けられ被熱処理品を予め所定温度に加熱する加熱炉を設け、加熱炉で加熱される被熱処理品を加熱炉から浴槽の入口に供給する供給手段を設けた場合には、一次加熱処理も併せて行なうことができるとともに、この一次加熱処理した被熱処理品を、自動的に浴槽内に供給できるので、被熱処理品の熱損失をなくすることがき、例えば、冷却においては、急冷を確実に行なうことができるようになるとともに、逐一手作業で移し替えを行なわなくても良いので、作業効率を大幅に向上させることができる。
【００４９】
そして、上記供給手段を、加熱炉内において被熱処理品を間欠的に搬送するコンベアを備えて構成した場合には、被熱処理品を１個あるいは数個ずつ間隔をおいて浴槽内に投入することができることになり、そのため、浴槽内である程度被熱処理品をばらけさせることができることから、溶融金属に被熱処理品を充分に晒すことができ、それだけ、均一な熱処理を行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽を示す側面断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽を示す正面断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽において加熱部の煙道を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽において搬送手段の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽において整流体を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の加熱炉を示す側面断面図である。
【図１０】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の加熱炉を示す正面断面図である。
【図１１】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の加熱炉の作用を示す工程図である。
【図１２】本発明の実施例に係る金属の熱処理装置の恒温処理槽の作用を示す工程図である。
【図１３】塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の引張力の比較結果を示す表図である。
【図１４】塩浴で処理した鋳鉄製品とスズ浴で処理した鋳鉄製品の硬度の比較を被熱処理品の厚さを変えて測定した結果を示す表図である。
【図１５】本発明の開発過程において考えられた恒温処理槽における搬送手段の例を示す図である。
【図１６】図１５中Ｃ視断面図である。
【図１７】従来の熱処理方法の一例を示す工程図である。
【図１８】本発明が適用される鋳鉄の熱処理温度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
Ｓ 被熱処理品
Ｍ 溶融金属
Ｋ 恒温処理槽
Ｈ 加熱炉
１ 浴槽
２ 入口部
３ 出口部
５ 整流体
１０ 加熱部
１１ 煙道
１４ バーナ
２０ 搬送手段
２１ 流路
２２ 吸引口
２３ 吐出口
２４ ポンプ
３０ 移動規制機構
３１ 仕切板
３２ 仕切体
３２Ａ 第１仕切体
３２Ｂ 第２仕切体
３３ 支持機構
Ａ 仕切位置
Ｂ 離間位置
３５ ベース部材
３６ スプロケット
３７ チェーン
３８ 回転軸
４０ 駆動機構
５０ 支持脚
５１ 炉床
５２ 供給口
５３ 排出口
５６ バーナ
６０ 供給手段
６１ コンベア
７０ 駆動装置
７７ シュータ
Claims (7)
- 金属からなる被熱処理品を恒温熱処理する恒温処理槽を備えた金属の熱処理装置において、上記恒温処理槽を、被熱処理品とは異なる種類の溶融金属が収容されるとともに被熱処理品が入れられる入口部及び該被熱処理品が取り出される出口部を有した浴槽と、該浴槽中の溶融金属を加熱して溶融状態にする加熱部と、上記浴槽の入口部に入れられた被熱処理品を出口部に搬送する搬送手段とを備えて構成し、
上記搬送手段を、浴槽外部に設けられ上記出口部側に吸引口を備え上記入口部側に吐出口を有した流路と、該流路の吸引口から浴槽内の溶融金属を吸引するとともに吐出口から吐出して該浴槽内に入口部から出口部に向かう溶融金属の金属流を発生させるポンプとを備えて構成し、該金属流により浴槽内に入れられた被熱処理品を搬送することを特徴とする金属の熱処理装置。 - 上記溶融金属として、比重が被熱処理品よりも大きい比重の金属を用いたことを特徴とする請求項１記載の金属の熱処理装置。
- 上記溶融金属として、スズ（錫）を用いたことを特徴とする請求項１または２記載の金属の熱処理装置。
- 上記搬送手段を、被熱処理品の移動を一時的に規制する移動規制機構を備えて構成し、該移動規制機構を、上記浴槽を搬送方向に沿って複数の区間に仕切る複数の仕切板を備えた仕切体と、該仕切体の仕切板が浴槽内に位置する仕切位置及び浴槽外に位置する離間位置の２位置に移動可能に支持する支持機構と、該支持機構に支持された仕切体の仕切板を上記仕切位置及び離間位置の２位置に間欠的に移動させる駆動機構とを備えて構成したことを特徴とする請求項１，２または３記載の金属の熱処理装置。
- 上記仕切体を、上記駆動機構により交互に駆動させられる第１仕切体と第２仕切体とに分割し、第１仕切体と第２仕切体の仕切板を交互に列設したことを特徴とする請求項４記載の金属の熱処理装置。
- 上記恒温処理槽に隣接して設けられ被熱処理品を予め所定温度に加熱する加熱炉を設け、加熱炉で加熱される被熱処理品を加熱炉から恒温処理槽の浴槽の入口部に供給する供給手段を設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の金属の熱処理装置。
- 上記供給手段を、加熱炉内において被熱処理品を間欠的に搬送するコンベアを備えて構成したことを特徴とする請求項６記載の金属の熱処理装置。
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