JP3554936B2 - 金属の焼結方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、成形された金属粉又はセラミック粉を雰囲気加熱炉内で加熱して、種々の機械部品等に焼結する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の焼結は、還元性の雰囲気下で行なうことが好ましい。このため、不活性ガス、最も一般的には窒素（Ｎ２）に水素（Ｈ２）を加えて雰囲気としている。水素の添加は雰囲気中にもたらされ雰囲気を汚染するＯ２をＨ２と反応させて還元性にするためである。ところが、Ｈ２は爆発性であるので、この使用を避けることが望ましい。
【０００３】
また、同様な目的で、ＣＯやＣＨ４を強制的に炉内のＮ２中に送り込むことがしばしば行なわれるが、これは炭素平衡の過剰を招き、炉内雰囲気を閉塞する炉構造壁中の低温部に次式のような反応が生じてＣを傍生し、電気的な絶縁不良を招来して、炉中を破壊することになる。
（１）２ＣＯ → Ｃ＋ＣＯ２
（２）ＣＨ４ → Ｃ＋２Ｈ２
【０００４】
更にまた、上述したようにＮ２中に送り込まれたＣＨ４やＣＯが多量であるときには、折角のＮ２雰囲気の非爆発性が損なわれるばかりでなく、被処理金属に影響する炭素平衡となってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、不活性ガスの炉内雰囲気に水素を使わず、また過剰な炭素が雰囲気に干渉することのない金属の焼結方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、炉内壁を炭素とした「Ｎ２＋Ｃ」雰囲気構成になるもので、炉内にもたらされる微量の汚染Ｏ２は炉内壁の固体炭素と反応し、その時の温度に応じて自動的に炭素の平衡を作り、過剰な炭素が雰囲気に干渉することがない。
【０００７】
即ち、本発明の方法では、ＣＯが存在してもその量が小さいために工業的には無視し得るものでありながら、一部の金属は充分に還元保護されるところに特徴がある。また、微量のＣＯを含むＮ２雰囲気は、炉体の炭素構造に実用上の支障をもたらすことがない。以下、本発明になる金属の焼結方法の実施例を添付図面を参照して、具体的かつ詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】
図１には本発明の方法を実施するために好適な熱処理温度が１０００℃〜２４００℃の単独型炉が、図２には同様な連続型炉が示されている。これらの図において、符号１は高温室であり、発熱体２に加電することによって抵抗加熱される。３はこの高温室１を構成する炭素壁、４は炉の操業の前にあらかじめ炉内部の空気を排除してＮ２ガスで満たすために送り込むＮ２の送入管開放口である。５は炉の開口部に、外部から進入する可能性のある大気圧の空気に対して対向流をもってこれを阻止する目的で送るＮ２ガスの別の開放口である。６は炉体に付属するＮ２ガス供給口である。７は高温室１を保温するための保温断熱材であり、８は炭素製炉床で被処理物を支える。９は温度計の取付口であり、１０は全炉体を大気に対し封止している金属製の外壁である。この炉体が大気に対して開放しているのは操作口１１のみであり、この操作口は被処理物を出し入れするとき以外は付属扉１３により閉鎖されるが、図２に示される連続炉の連続ベルト１２が作動して作業するときは常時開放されている。１４は炉体を支持する支持脚である。
【０００９】
また、Ａは炉の高温部帯を、Ｂは断熱部帯を、Ｃはガス置換部帯を、Ｄは冷却部帯をそれぞれ示す。
【００１０】
なお、図３は公知の金属の酸化還元平衡を表にしたものであり、縦軸が炉中の酸素分圧を、横軸が炉中の温度を指す。炉の不活性ガス中で極微量のＯ2が炭素壁３のＣと反応してＣＯ平衡を満たした状態におけるＣＯが、本発明者によって測定された４本のＰＣＯ曲線で示されている。加熱温度が１０００〜２４００℃である炉中で、このＰＣＯ曲線より上にあるＦｅやＣｒ，Ｎｉなどは常に還元され、Ａｌ2Ｏ3やＭｇＯ、ＺｒＯなどは加熱温度によってはこのＰＣＯ曲線よりも下にあって酸化されたままであることが明らである。
【００１１】
実施例−１
図１に示すような炉体に０．６％Ｃ鋼粉の加圧成型品を入れ、１１３０℃で焼結を行なった。炉はあらかじめ４００℃に予熱した後にＮ２開放口４より２ｍ３／時のＮ２を１時間かけて送り、次いでＮ２開放口５から１ｍ３／時のＮ２を送って１１３０℃で１５分間保持した後、冷却して取り出した。その結果、この処理物は満足すべき焼結体であり、酸化物は存在せず、炭素量の変動は材料のもつ炭素量の３％以内であった。
【００１２】実施例−２ 図２に示すような連続炉において、高温加熱室１の大きさを幅２５０ｍｍ、高さ２００ｍｍ、長さ３０００ｍｍ、開口部１１を高さ１００ｍｍで幅１６０ｍｍとして実施した。当初４００℃に保たれた炉内に４．５ｍ３／時のＮ２を４時間送り、次いで開放口４の２ヶ所からそれぞれ２．２ｍ３／時のＮ２を送って、加熱室の温度を１１３０℃に保ち、その中を炭素製コンベヤーベルトを駆動した。このベルト上に、Ｃ−０．４５％、Ｃｒ−１．０％を含む鋼粉の加圧成形体を載せ、高温部１の通過時間を２０分として処理したところ、良好な鋼の焼結品を得ることができた。このときの高温部の雰囲気を採取し、その酸素分圧を測定したところ、１×１０−２４で、Ｃｒを還元するのに充分な雰囲気精度が保たれていることが認められた。
【００１３】
また、この炉の温度を１７８０℃に保ち、ＡｌＮｉ粉体成形品を高温部の通過時間を２時間として処理したところ、良好な焼結品を得ることができた。
【００１４】
【発明の効果】
このように、本発明法によれば、炉内壁と反応した微量のＣＯを含むＮ２雰囲気は前述した酸化還元温度線図に示される温度領域で満足すべき金属，セラミック等の焼結を保証し、しかも炉体の炭素構造も支障なく保護されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための単独炉の説明的な側断面図である。
【図２】本発明の方法を実施するための連続炉の説明的な側断面図である。
【図３】酸化還元温度線図である。
【符号の説明】
１−高温室
２−発熱体
３−炭素壁
４−Ｎ２ガス開放口
５−Ｎ２ガス開放口
１２−連続搬送ベルト
【産業上の利用分野】
本発明は、成形された金属粉又はセラミック粉を雰囲気加熱炉内で加熱して、種々の機械部品等に焼結する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の焼結は、還元性の雰囲気下で行なうことが好ましい。このため、不活性ガス、最も一般的には窒素（Ｎ２）に水素（Ｈ２）を加えて雰囲気としている。水素の添加は雰囲気中にもたらされ雰囲気を汚染するＯ２をＨ２と反応させて還元性にするためである。ところが、Ｈ２は爆発性であるので、この使用を避けることが望ましい。
【０００３】
また、同様な目的で、ＣＯやＣＨ４を強制的に炉内のＮ２中に送り込むことがしばしば行なわれるが、これは炭素平衡の過剰を招き、炉内雰囲気を閉塞する炉構造壁中の低温部に次式のような反応が生じてＣを傍生し、電気的な絶縁不良を招来して、炉中を破壊することになる。
（１）２ＣＯ → Ｃ＋ＣＯ２
（２）ＣＨ４ → Ｃ＋２Ｈ２
【０００４】
更にまた、上述したようにＮ２中に送り込まれたＣＨ４やＣＯが多量であるときには、折角のＮ２雰囲気の非爆発性が損なわれるばかりでなく、被処理金属に影響する炭素平衡となってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、不活性ガスの炉内雰囲気に水素を使わず、また過剰な炭素が雰囲気に干渉することのない金属の焼結方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、炉内壁を炭素とした「Ｎ２＋Ｃ」雰囲気構成になるもので、炉内にもたらされる微量の汚染Ｏ２は炉内壁の固体炭素と反応し、その時の温度に応じて自動的に炭素の平衡を作り、過剰な炭素が雰囲気に干渉することがない。
【０００７】
即ち、本発明の方法では、ＣＯが存在してもその量が小さいために工業的には無視し得るものでありながら、一部の金属は充分に還元保護されるところに特徴がある。また、微量のＣＯを含むＮ２雰囲気は、炉体の炭素構造に実用上の支障をもたらすことがない。以下、本発明になる金属の焼結方法の実施例を添付図面を参照して、具体的かつ詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】
図１には本発明の方法を実施するために好適な熱処理温度が１０００℃〜２４００℃の単独型炉が、図２には同様な連続型炉が示されている。これらの図において、符号１は高温室であり、発熱体２に加電することによって抵抗加熱される。３はこの高温室１を構成する炭素壁、４は炉の操業の前にあらかじめ炉内部の空気を排除してＮ２ガスで満たすために送り込むＮ２の送入管開放口である。５は炉の開口部に、外部から進入する可能性のある大気圧の空気に対して対向流をもってこれを阻止する目的で送るＮ２ガスの別の開放口である。６は炉体に付属するＮ２ガス供給口である。７は高温室１を保温するための保温断熱材であり、８は炭素製炉床で被処理物を支える。９は温度計の取付口であり、１０は全炉体を大気に対し封止している金属製の外壁である。この炉体が大気に対して開放しているのは操作口１１のみであり、この操作口は被処理物を出し入れするとき以外は付属扉１３により閉鎖されるが、図２に示される連続炉の連続ベルト１２が作動して作業するときは常時開放されている。１４は炉体を支持する支持脚である。
【０００９】
また、Ａは炉の高温部帯を、Ｂは断熱部帯を、Ｃはガス置換部帯を、Ｄは冷却部帯をそれぞれ示す。
【００１０】
なお、図３は公知の金属の酸化還元平衡を表にしたものであり、縦軸が炉中の酸素分圧を、横軸が炉中の温度を指す。炉の不活性ガス中で極微量のＯ2が炭素壁３のＣと反応してＣＯ平衡を満たした状態におけるＣＯが、本発明者によって測定された４本のＰＣＯ曲線で示されている。加熱温度が１０００〜２４００℃である炉中で、このＰＣＯ曲線より上にあるＦｅやＣｒ，Ｎｉなどは常に還元され、Ａｌ2Ｏ3やＭｇＯ、ＺｒＯなどは加熱温度によってはこのＰＣＯ曲線よりも下にあって酸化されたままであることが明らである。
【００１１】
実施例−１
図１に示すような炉体に０．６％Ｃ鋼粉の加圧成型品を入れ、１１３０℃で焼結を行なった。炉はあらかじめ４００℃に予熱した後にＮ２開放口４より２ｍ３／時のＮ２を１時間かけて送り、次いでＮ２開放口５から１ｍ３／時のＮ２を送って１１３０℃で１５分間保持した後、冷却して取り出した。その結果、この処理物は満足すべき焼結体であり、酸化物は存在せず、炭素量の変動は材料のもつ炭素量の３％以内であった。
【００１２】実施例−２ 図２に示すような連続炉において、高温加熱室１の大きさを幅２５０ｍｍ、高さ２００ｍｍ、長さ３０００ｍｍ、開口部１１を高さ１００ｍｍで幅１６０ｍｍとして実施した。当初４００℃に保たれた炉内に４．５ｍ３／時のＮ２を４時間送り、次いで開放口４の２ヶ所からそれぞれ２．２ｍ３／時のＮ２を送って、加熱室の温度を１１３０℃に保ち、その中を炭素製コンベヤーベルトを駆動した。このベルト上に、Ｃ−０．４５％、Ｃｒ−１．０％を含む鋼粉の加圧成形体を載せ、高温部１の通過時間を２０分として処理したところ、良好な鋼の焼結品を得ることができた。このときの高温部の雰囲気を採取し、その酸素分圧を測定したところ、１×１０−２４で、Ｃｒを還元するのに充分な雰囲気精度が保たれていることが認められた。
【００１３】
また、この炉の温度を１７８０℃に保ち、ＡｌＮｉ粉体成形品を高温部の通過時間を２時間として処理したところ、良好な焼結品を得ることができた。
【００１４】
【発明の効果】
このように、本発明法によれば、炉内壁と反応した微量のＣＯを含むＮ２雰囲気は前述した酸化還元温度線図に示される温度領域で満足すべき金属，セラミック等の焼結を保証し、しかも炉体の炭素構造も支障なく保護されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための単独炉の説明的な側断面図である。
【図２】本発明の方法を実施するための連続炉の説明的な側断面図である。
【図３】酸化還元温度線図である。
【符号の説明】
１−高温室
２−発熱体
３−炭素壁
４−Ｎ２ガス開放口
５−Ｎ２ガス開放口
１２−連続搬送ベルト
Claims (2)
- 炉内雰囲気が水素ガス以外の不活性ガスであり、熱処理温度が１０００〜２４００℃の範囲内の温度である炉の炭素壁内で、金属粉の成型品を上記した温度で加熱し、この不活性ガス中へ外乱としてもたらされる酸素を上記炭素壁と反応させて上記加熱温度に応じて自動的に炭素と平衡するＣＯとなし、不活性ガス中のこのＣＯにより上記した成型品を還元下で焼結することを特徴とする金属の焼結方法。
- 金属粉が鋼粉、Ｃｒを含む鋼粉またはＡｌＮｉ粉である請求項１記載の金属の焼結方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20835392A JP3554936B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 金属の焼結方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20835392A JP3554936B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 金属の焼結方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610006A JPH0610006A (ja) | 1994-01-18 |
| JP3554936B2 true JP3554936B2 (ja) | 2004-08-18 |
Family
ID=16554884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20835392A Expired - Fee Related JP3554936B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 金属の焼結方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3554936B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014007046A1 (ja) | 2012-07-04 | 2014-01-09 | 関東冶金工業株式会社 | 熱処理方法および熱処理装置、並びに熱処理システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5202810B2 (ja) | 2006-02-06 | 2013-06-05 | 古河電気工業株式会社 | グラファイト加熱炉および光ファイバの製造方法 |
-
1992
- 1992-06-24 JP JP20835392A patent/JP3554936B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014007046A1 (ja) | 2012-07-04 | 2014-01-09 | 関東冶金工業株式会社 | 熱処理方法および熱処理装置、並びに熱処理システム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0610006A (ja) | 1994-01-18 |
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