JP5266910B2 - Heat treatment jig and heat treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のワークが載置され、アンモニアガスが供給されるとともに加熱具により内部雰囲気が加熱される熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際に用いられる熱処理治具、ならびにその熱処理治具および前記熱処理炉を備えた熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment jig used when heat-treating the work in a heat-treatment furnace in which a plurality of works are placed, ammonia gas is supplied, and an internal atmosphere is heated by a heating tool, and the heat treatment The present invention relates to a heat treatment apparatus including a jig and the heat treatment furnace.
従来から、鉄や鉄合金などの鉄系材料にて構成されるワークの表面に窒素を浸透拡散させるとともに焼入れ処理を施して、ワークの表面に硬化層を形成した浸窒焼入れ品を得ることが行われている。 Conventionally, a nitrogen-quenched product with a hardened layer formed on the surface of the workpiece can be obtained by infiltrating and diffusing nitrogen into the surface of the workpiece composed of iron-based materials such as iron and iron alloys and quenching. Has been done.
具体的には、前記ワークを熱処理炉内に投入し、該熱処理炉によりワークを焼入れ可能温度(ワークの一部または全体をオーステナイト組織にする温度)にまで加熱するとともに(加熱温度は例えば700度程度以上)、前記熱処理炉内にアンモニアガスまたはアンモニアガスと窒素ガスとを供給する。
熱処理炉内に供給されたアンモニアガスには熱分解反応が生じ、熱処理炉内の雰囲気はアンモニアと窒素と水素との混合雰囲気となるが、このような混合雰囲気内に前記ワークを投入することで、ワークの表面から窒素が拡散することとなる。
そして、ワークの表面から窒素を拡散させた後に、ワークを急冷して焼入れを行うことで、表面の硬度が高く内部の高度が低い浸窒焼入れ品が得られる。
なお、炉内にアンモニアガスを供給してワークに窒化処理を施す処理炉としては、例えば特許文献1に示すようなものがある。
Specifically, the work is put into a heat treatment furnace and heated to a temperature at which the work can be quenched (a temperature at which a part or the whole of the work becomes an austenitic structure) (heating temperature is, for example, 700 degrees). More than about), ammonia gas or ammonia gas and nitrogen gas are supplied into the heat treatment furnace.
A pyrolysis reaction occurs in the ammonia gas supplied into the heat treatment furnace, and the atmosphere in the heat treatment furnace becomes a mixed atmosphere of ammonia, nitrogen, and hydrogen. By putting the workpiece into such a mixed atmosphere, Nitrogen diffuses from the surface of the workpiece.
Then, after diffusing nitrogen from the surface of the workpiece, the workpiece is quenched and quenched to obtain a nitriding and quenching product having a high surface hardness and a low internal altitude.
In addition, as a processing furnace which supplies ammonia gas in a furnace and nitrides a workpiece | work, there exists a thing as shown in
前述のようにワークの表面から窒素を拡散させる浸窒処理を行った場合、窒素が拡散していくにつれてワーク表面近傍の窒素濃度が上昇していき、さらに拡散が進んでいくことにより、ワーク表面近傍においては図12に示すような窒素の拡散パターンが形成される。つまり、ワーク表面では窒素濃度が最も高く、ワーク表面からの距離が大きくなるにつれて窒素濃度が減少していく。 As described above, when nitrogen treatment is performed to diffuse nitrogen from the surface of the workpiece, the nitrogen concentration in the vicinity of the workpiece surface increases as nitrogen diffuses. In the vicinity, a nitrogen diffusion pattern as shown in FIG. 12 is formed. That is, the nitrogen concentration is the highest on the workpiece surface, and the nitrogen concentration decreases as the distance from the workpiece surface increases.
その後、焼入れを行うことで窒素濃度が高いワーク表面は高硬度になり(例えば図12の場合ではビッカース硬度で700Hvが得られる)、ワーク表面からの距離がd1の深さではワーク表面よりも低い硬度となり(例えば図12の場合ではビッカース硬度で500Hvとなる)、ワーク表面からの距離がd1よりも深いd2の深さではさらに低い硬度となる(例えば図12の場合ではビッカース硬度で400Hvとなる)。 Thereafter, by quenching, the workpiece surface having a high nitrogen concentration has a high hardness (for example, 700 Hv is obtained as a Vickers hardness in the case of FIG. 12), and the distance from the workpiece surface is lower than the workpiece surface at the depth of d1. (For example, in the case of FIG. 12, the Vickers hardness is 500 Hv), and the distance from the workpiece surface is d2 that is deeper than d1, and the hardness is even lower (for example, in the case of FIG. 12, the Vickers hardness is 400 Hv). ).
得られた浸窒焼入れ品の特性としては、ワーク表面の硬さ(表面硬度)、および所定の硬度が得られるワーク表面からの距離(硬化深さ)が重要であり、浸窒焼入れ品を製造する際には、これらの2つの特性値または何れか1つの特性値を所定の範囲内で管理している。
なお、前記硬化深さは、図12に示した場合において、得られる所定の硬度を500Hvに設定した場合には前記距離d1となる。
The characteristics of the obtained nitrocarburized product are the hardness of the workpiece surface (surface hardness) and the distance from the workpiece surface (curing depth) at which the specified hardness is obtained. In doing so, these two characteristic values or any one characteristic value is managed within a predetermined range.
The curing depth is the distance d1 when the predetermined hardness obtained is set to 500 Hv in the case shown in FIG.
また、ワーク表面への窒素の拡散のし易さを示す指標としては、炉内雰囲気における浸窒ポテンシャルがあり、浸窒ポテンシャルが高いほどワーク表面への窒素の拡散が促進されることとなる。
浸窒ポテンシャルは次式(1)にて表わされるが、浸窒ポテンシャルを大きくしてワーク表面への窒素の拡散をし易くするためには、炉内雰囲気におけるアンモニアガスの分圧を高くして、水素ガスの分圧を低くすることが有効であることがわかる。
P(N)=P(NH3)/{P(H2)3/2} ・・・(1)
In addition, as an index indicating the ease of diffusion of nitrogen to the workpiece surface, there is a nitriding potential in the furnace atmosphere. The higher the nitriding potential, the more the diffusion of nitrogen to the workpiece surface is promoted.
The nitriding potential is expressed by the following equation (1). In order to increase the nitriding potential and facilitate the diffusion of nitrogen to the workpiece surface, the partial pressure of ammonia gas in the furnace atmosphere is increased. It can be seen that it is effective to reduce the partial pressure of hydrogen gas.
P (N) = P (NH 3 ) / {P (H 2 ) 3/2 } (1)
そして、浸窒焼入れが行われるワークの表面硬度を高くするとともに硬化深さを大きくするための方法としては、浸窒ポテンシャルを高くすること、浸窒処理の処理温度を高くすること、および浸窒処理の処理時間を長くすること、の3つの方法があると一般的に考えられている。 As a method for increasing the surface hardness of the workpiece subjected to nitriding and quenching and increasing the curing depth, increasing the nitriding potential, increasing the treatment temperature of the nitriding treatment, and nitriding It is generally considered that there are three methods of increasing the processing time of processing.
ワークの表面硬度はワーク表面の窒素濃度が上昇するほど高くなるが、ワーク表面の窒素濃度の上昇は、浸窒ポテンシャルを高くしたり、浸窒処理時間を長くしたりすることで実現することができる。
しかし、ワーク表面の窒素濃度が高くなり過ぎると(1%程度以上になると)、ワークの表面にボイド(空孔)が生じて、得られた浸窒焼入れ品にクラックが発生するなど、製品の品質に影響を及ぼす場合がある。
The surface hardness of the workpiece increases as the nitrogen concentration on the workpiece surface increases. However, the increase in the nitrogen concentration on the workpiece surface can be achieved by increasing the nitriding potential or increasing the nitriding treatment time. it can.
However, if the nitrogen concentration on the workpiece surface becomes too high (about 1% or more), voids (voids) will be generated on the workpiece surface and cracks will occur in the obtained nitrocarburized product. May affect quality.
また、浸窒処理は浸炭処理を行う場合に比べて低い雰囲気温度にて行われるため、ワーク表面への窒素の侵入速度が遅いが、大きな硬化深さを得るために浸窒ポテンシャルを高くしたり、浸窒処理時間を長くしたりすると、前述のようにボイドが発生するため、これらの方法により大きな硬化深さを得ることは困難である。 Nitrogen treatment is performed at a lower ambient temperature than when carburizing is performed, so the penetration rate of nitrogen into the workpiece surface is slow. However, in order to obtain a large hardening depth, If the nitriding time is lengthened, voids are generated as described above, and it is difficult to obtain a large curing depth by these methods.
また、硬化深さを大きくするためには、浸窒処理の処理温度を高くすることも有効であるが、処理温度を高くすると、熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきが大きくなる。
浸窒焼入れ処理を行う場合は、熱処理炉内に一度に多数のワークを搬入した状態で処理を行うため、熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきが大きいと、得られた浸窒焼入れ品毎の表面硬度や硬化深さのばらつきが大きくなり、一定品質の製品を得ることが困難となってしまう。
In order to increase the curing depth, it is effective to increase the treatment temperature of the nitriding treatment, but when the treatment temperature is increased, the variation in ammonia concentration in the heat treatment furnace increases.
When performing a nitriding quenching process, the process is performed with a large number of workpieces carried into the heat treatment furnace at once. Variations in hardness and curing depth increase, making it difficult to obtain a product with a constant quality.
そこで、本発明においては、ワークに浸窒焼入れ処理を行う際に、熱処理炉内の処理温度を高くしながら熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきを抑えるとともに、ワーク表面へのボイドの発生を抑制することができ、高い表面硬度および大きな硬化深さを備えつつ、ワーク間での硬化深さなどの特性のばらつきが小さい浸窒焼入れ品を得ることが可能となる熱処理治具および熱処理装置を提供するものである。 Therefore, in the present invention, when performing a nitriding quenching process on the workpiece, while suppressing the variation in ammonia concentration in the heat treatment furnace while increasing the treatment temperature in the heat treatment furnace, the generation of voids on the workpiece surface is suppressed. There is provided a heat treatment jig and a heat treatment apparatus capable of obtaining a nitriding and quenching product that has a high surface hardness and a large hardening depth and that has small variations in properties such as the hardening depth between workpieces. Is.
上記課題を解決する熱処理治具および熱処理装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載の如く、複数のワークが載置され、アンモニアガスが供給されるとともに加熱具により内部雰囲気が加熱される熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際に用いられる熱処理治具であって、前記熱処理治具の側面外周を覆う側壁面を有し、前記側壁面の各部位においては、前記熱処理炉内におけるアンモニア濃度の高さに応じた面積の開口が形成されている。
これにより、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが熱処理治具内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワーク表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
A heat treatment jig and a heat treatment apparatus for solving the above problems have the following characteristics.
That is, the heat treatment treatment used when heat-treating the work in a heat treatment furnace in which a plurality of works are placed, ammonia gas is supplied, and the internal atmosphere is heated by a heating tool. A side wall surface covering the outer periphery of the side surface of the heat treatment jig, and an opening having an area corresponding to the height of the ammonia concentration in the heat treatment furnace is formed in each part of the side wall surface. .
As a result, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece to a nitridation quenching process, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the heat treatment jig, it is possible to increase the treatment temperature during the nitriding treatment while suppressing variations in ammonia concentration. Thus, it is possible to obtain a nitrocarburized product having a high surface hardness and a large hardening depth while suppressing the generation of voids on the workpiece surface.
また、請求項2記載の如く、前記熱処理治具の上面には、該上面の開口面積を減少させる開口面積減少部材が配置される。
これにより、熱処理治具の上端面からの該熱処理治具内への雰囲気の流入が制限され、熱処理治具の下方からの雰囲気の流入を促進することができる。
According to a second aspect of the present invention, an opening area reducing member for reducing the opening area of the upper surface is disposed on the upper surface of the heat treatment jig.
Thereby, the inflow of the atmosphere from the upper end surface of the heat treatment jig into the heat treatment jig is limited, and the inflow of the atmosphere from the lower side of the heat treatment jig can be promoted.
また、請求項3記載の如く、前記熱処理治具は複数の区画に分割され、前記各区画の側面外周が前記側壁面にて覆われている。
これにより、前記各区画の側面から熱処理治具内部へ雰囲気が流入することを防止して、熱処理治具の下面から雰囲気を流入させることが可能となる。
従って、各区画内のワークを同じアンモニア濃度の雰囲気に晒すことができ、浸窒焼入れ処理により得られる浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが各区画内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワーク表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
According to a third aspect of the present invention, the heat treatment jig is divided into a plurality of sections, and the outer periphery of the side surface of each section is covered with the side wall surface.
Thereby, it is possible to prevent the atmosphere from flowing into the heat treatment jig from the side surfaces of the respective sections, and to allow the atmosphere to flow from the lower surface of the heat treatment jig.
Therefore, the work in each section can be exposed to the atmosphere of the same ammonia concentration, and the variation in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by the nitriding and quenching process can be suppressed. Can be obtained.
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into each compartment, it is possible to increase the treatment temperature during the nitriding treatment while suppressing variations in ammonia concentration. It is possible to obtain a nitrocarburized product having a high surface hardness and a large hardening depth while suppressing the generation of voids on the workpiece surface.
また、請求項4記載の如く、前記側壁面は、前記熱処理治具の本体に付設される壁板部材である。
これにより、前記側壁面が、熱処理治具の本体の側面の開口部を完全に覆うことができ、前記本体の側面から雰囲気が流入することを確実に防ぐことが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, the side wall surface is a wall plate member attached to the main body of the heat treatment jig.
Thereby, the said side wall surface can completely cover the opening part of the side surface of the main body of a heat processing jig, and it becomes possible to prevent reliably that atmosphere flows in from the side surface of the said main body.
また、請求項5記載の如く、前記側壁面は、前記熱処理治具の本体と、前記熱処理炉内に配置される加熱具との間に配設される板状部材である。
これにより、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが熱処理治具の本体内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワーク表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, the side wall surface is a plate-like member disposed between the main body of the heat treatment jig and a heating tool disposed in the heat treatment furnace.
As a result, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece to a nitridation quenching process, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the main body of the heat treatment jig, the treatment temperature during the nitriding treatment is increased while suppressing variations in ammonia concentration. It is possible to obtain a nitriding and quenching product having a high surface hardness and a large curing depth while suppressing generation of voids on the workpiece surface.
また、請求項6記載の如く、前記熱処理治具は、前記熱処理炉の一面に形成される搬送口を通じて前記熱処理炉外部から熱処理炉内部へ搬送可能に構成され、前記熱処理炉内においては、該熱処理炉内に搬送された熱処理治具の、該熱処理治具の搬送方向と直交する方向の外側方位置に加熱具が設置されており、前記側壁面は、前記熱処理治具の本体と前記熱処理炉内に配置される加熱具との間に配設される第一の板状部材、および前記熱処理治具の搬送方向における、該熱処理治具の外側方に配設される第二の板状部材である。
これにより、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが熱処理治具の本体内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワーク表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
Further, as described in claim 6, the heat treatment jig is configured to be able to be transferred from the outside of the heat treatment furnace to the inside of the heat treatment furnace through a transfer port formed on one surface of the heat treatment furnace. A heating tool is installed on the outer side of the heat treatment jig conveyed in the heat treatment furnace in a direction orthogonal to the conveyance direction of the heat treatment jig, and the side wall surface includes the main body of the heat treatment jig and the heat treatment A first plate-like member arranged between the heating tool arranged in the furnace, and a second plate-like member arranged outside the heat treatment jig in the conveying direction of the heat treatment jig It is a member.
As a result, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece to a nitridation quenching process, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the main body of the heat treatment jig, the treatment temperature during the nitriding treatment is increased while suppressing variations in ammonia concentration. It is possible to obtain a nitriding and quenching product having a high surface hardness and a large curing depth while suppressing generation of voids on the workpiece surface.
また、請求項7記載の如く、前記第二の板状部材は、前記熱処理治具に対する前記搬送口側および反搬送口側に配設され、前記搬送口側に配置される第二の板状部材は、前記熱処理治具の搬送経路を開閉可能に構成される。
これにより、熱処理治具の本体における搬送口側の側面を前記第二の板状部材にて覆いながら、前記本体を熱処理炉へ搬入・搬出することが可能となる。
Further, according to claim 7, the second plate-shaped member is disposed on the transport port side and the counter-transport port side with respect to the heat treatment jig, and is disposed on the transport port side. The member is configured to be able to open and close a conveyance path of the heat treatment jig.
Thereby, the main body can be carried into and out of the heat treatment furnace while the side surface of the main body of the heat treatment jig on the conveying port side is covered with the second plate-like member.
また、請求項8記載の如く、前記側壁面は、モリブデンまたはタングステンにて構成される。
これにより、熱処理治具が加熱・冷却を繰り返されても、前記側壁面に歪みやうねりがあまり発生しないので、焼入れ時における油の流れに乱れが生じにくく、焼入れ後のワークに発生する歪みを減少させることができる。
また、前記側壁面の寿命を伸ばすことができる。
In addition, as described in claim 8, the side wall surface is made of molybdenum or tungsten .
As a result, even when the heat treatment jig is repeatedly heated and cooled, the side wall surface is not distorted or undulated so that the oil flow is less likely to be disturbed during quenching, and the distortion generated in the workpiece after quenching is prevented. Can be reduced.
Moreover, the lifetime of the said side wall surface can be extended.
また、請求項9記載の如く、熱処理装置は、請求項1〜請求項8の何れか一項に記載される熱処理治具、および前記熱処理炉を備える。
これにより、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが熱処理治具内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワーク表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
Further, as described in claim 9, a heat treatment apparatus includes the heat treatment jig described in any one of
As a result, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece to a nitridation quenching process, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the heat treatment jig, it is possible to increase the treatment temperature during the nitriding treatment while suppressing variations in ammonia concentration. Thus, it is possible to obtain a nitrocarburized product having a high surface hardness and a large hardening depth while suppressing the generation of voids on the workpiece surface.
また、請求項10記載の如く、前記熱処理炉内には、該熱処理炉内の雰囲気を攪拌するファンが設けられ、前記ファンは、前記ワークの熱処理時に正転駆動および逆転駆動が繰り返し切り換えられる。
これにより、熱処理炉内の雰囲気のアンモニア濃度を全体的に均一にして、熱処理治具内の全てのワークに対して均一な浸窒処理を行うことが可能となり、得られる浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを全体的に抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
According to a tenth aspect of the present invention, a fan for stirring the atmosphere in the heat treatment furnace is provided in the heat treatment furnace, and the fan is repeatedly switched between the forward rotation drive and the reverse rotation drive during the heat treatment of the workpiece.
As a result, the ammonia concentration in the atmosphere in the heat treatment furnace can be made uniform as a whole, and uniform nitriding treatment can be performed on all workpieces in the heat treatment jig. Variations in hardness and curing depth can be suppressed as a whole, and a product with a constant quality can be obtained.
本発明によれば、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが熱処理治具内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワーク表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of a nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece to a nitriding and quenching treatment, and it becomes possible to obtain a product of constant quality. .
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the heat treatment jig, it is possible to increase the treatment temperature during the nitriding treatment while suppressing variations in ammonia concentration. Thus, it is possible to obtain a nitrocarburized product having a high surface hardness and a large hardening depth while suppressing the generation of voids on the workpiece surface.
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示す熱処理装置は、熱処理炉1と、鉄または鉄合金にて構成されるワークWが多数載置された熱処理治具2とを備えており、ワークWを載置した状態の熱処理治具2を熱処理炉1内に搬入して熱処理を行うことで、ワークWの表面に窒素を浸透拡散させるとともに焼入れを施す浸窒焼入処理を行うためのものである。
The heat treatment apparatus shown in FIG. 1 includes a
また、前記熱処理装置には搬送レール3が備えられており、熱処理治具2を熱処理炉1内へ搬入する際には、熱処理治具2を搬送レール3に沿って移動するように構成している。
Further, the heat treatment apparatus is provided with a
前記熱処理炉1は、前室1aと、前記前室1aに連続して配置される加熱室1bと、前記前室1aの下方に配置される焼入れ油槽1cとを備えている。
The
前室1aと外部との間には第一開閉扉15aが設けられ、前室1aと加熱室1bとの間には第二開閉扉15bが設けられている。
また、加熱室1b内には加熱室1b内を加熱するための加熱具であるヒーター13と、加熱室1b内の雰囲気を攪拌するためのファン14と、加熱室1b内にアンモニアガスなどのガスを供給するためのガス供給管12とが設けられている。
さらに前記焼入れ油槽1c内には、焼入れ時にワークWを急冷するための油が貯溜されている。
A first opening /
Further, in the
Further, oil for rapidly cooling the workpiece W during quenching is stored in the quenching
このように構成される熱処理炉1を用いてワークWの浸窒焼入れ処理が行われるが、浸窒焼入れ処理を行う際には、まず熱処理治具2に複数のワークWを載置し、ワークWが載置された熱処理治具2を搬送レール3に沿って移動させて前記前室1a内に搬送する。
前室1aにワークWを搬送した後、前記第一開閉扉15aおよび第二開閉扉15bを閉じて前室1a内を真空引きし、その後前室1a内に窒素ガスを充填する。
Nitrogen quenching of the workpiece W is performed using the
After the workpiece W is transferred to the
次に、前記第二開閉扉15bを開いてワークWを搬送レール3に沿って前室1aから搬送口1dを通じて加熱室1b内に搬送する。
加熱室1b内にワークWが搬送された後、前記ヒーター13により加熱室1b内の雰囲気を加熱することによりワークWの加熱を行う。この場合、前記ファン14により加熱室1b内の雰囲気を攪拌することで、加熱室1b内における各箇所の温度、雰囲気を一定にしている。
ヒーター13によりワークWを加熱した後、その加熱状態を維持しながら、前記ガス供給管12から加熱室1b内に所定流量のアンモニアガス(またはアンモニアガスおよび窒素ガス)を供給する。
Next, the second opening /
After the workpiece W is conveyed into the
After the workpiece W is heated by the
つまり、加熱室1bでのワークWへの浸窒処理は、アンモニアガス(またはアンモニアガスおよび窒素ガス)の雰囲気下で行われる。
また、加熱室1bにてワークWへ浸窒処理を行うときには加熱室1b内の雰囲気をヒーター13により所定の温度に加熱するが、前記ヒーター13による加熱は、加熱室1b内の温度が所定の時間だけ所定の温度に維持されるように、熱処理炉1に接続される制御装置4により制御される。
That is, the nitriding treatment on the workpiece W in the
Further, when the nitriding process is performed on the workpiece W in the
なお、ワークWに対する浸窒処理を行うときには、加熱室1bのヒーター13による加熱は、例えばワークWの温度が800℃程度以上、特に800℃程度から850℃程度までの範囲の温度となるように行われる。本例の場合では、例えば810℃や830℃の温度にて浸窒処理が行われる。
一般的に、ワークWに対する浸窒処理は800℃以下の低い温度で行われているが、本例のように800℃を超える温度(好ましくは810℃、さらに好ましくは830℃)で浸窒処理を行うことで、ワークWの表面硬度を高くするとともに硬化深さを大きくすることが可能となっている。
When performing the nitriding treatment on the workpiece W, the heating of the
In general, the nitriding treatment for the workpiece W is performed at a low temperature of 800 ° C. or less, but as in this example, the nitriding treatment is performed at a temperature exceeding 800 ° C. (preferably 810 ° C., more preferably 830 ° C.). By performing the above, it is possible to increase the surface hardness of the workpiece W and to increase the curing depth.
また、前記制御装置4は、前記ファン14の運転や熱処理炉1内におけるワークWの搬送や、第一開閉扉15aおよび第二開閉扉15bの開閉や、加熱室1b内へのアンモニアガスの供給などの制御も行う。
The
加熱室1bでのワークWの加熱が完了すると、前記第二開閉扉15bを開いてワークWを前記焼入れ油槽1cへ搬送し、該焼入れ油槽1c内の油にワークWを浸漬して急冷する。
これにより、ワークWの焼入れが行われ、浸窒焼入れ品が得られる。
When the heating of the workpiece W in the
Thereby, the workpiece W is quenched, and a nitrocarburized product is obtained.
なお、浸窒処理されたワークWを焼入れすることにより、ワークWにおけるオーステナイト組織がマルテンサイト化されるが、全てのオーステナイト組織がマルテンサイト化されるわけではなく、幾分かのオーステナイト組織が残留することとなる。
ワークW中にオーステナイト組織が残留していると時効変形が発生したり、残留オーステナイト組織量が少ないとワークWの表面硬度が高くなったりすることから、焼入れ処理後にいわゆるサブゼロ処理が行われる場合がある。
このサブゼロ処理は焼入れ処理を施したワークWを、焼入れ直後に0℃以下に急冷して、ワークW中の残留オーステナイト組織をマルテンサイト化する処理であるが、本例の場合では例えば−80℃で冷却処理を行い、ワークWの表面硬度を向上させている。
このように行われるサブゼロ処理の後には、焼き戻しが行われる。
In addition, by quenching the nitriding work W, the austenite structure in the work W is martensite, but not all austenite structure is martensite, and some austenite structure remains. Will be.
When the austenite structure remains in the work W, aging deformation occurs, or when the amount of retained austenite structure is small, the surface hardness of the work W increases, and so-called sub-zero treatment may be performed after the quenching process. is there.
This sub-zero treatment is a treatment in which the workpiece W that has been subjected to quenching treatment is rapidly cooled to 0 ° C. or less immediately after quenching, and the retained austenite structure in the workpiece W is martensitic. In this example, for example, −80 ° C. The surface hardness of the workpiece W is improved by performing a cooling process.
Tempering is performed after the sub-zero processing performed in this way.
また、サブゼロ処理における冷却温度は、−120℃や−160℃とすることも可能である。
サブゼロ処理を行わなかった場合のワークWの表面硬度が例えば600Hvであった場合、−80℃でサブゼロ処理を行うと例えば表面硬度が630Hvに上昇し、−120℃でサブゼロ処理を行うと例えば表面硬度が650Hvに上昇し、−160℃でサブゼロ処理を行うと例えば表面硬度が670Hvに上昇する、といったように、冷却温度が低くなるにつれてワークWの表面硬度が高くなる傾向にある。
Further, the cooling temperature in the sub-zero treatment can be set to -120 ° C or -160 ° C.
When the surface hardness of the workpiece W when the sub-zero treatment is not performed is, for example, 600 Hv, when the sub-zero treatment is performed at −80 ° C., for example, the surface hardness increases to 630 Hv, and when the sub-zero treatment is performed at −120 ° C., for example, the surface When the hardness is increased to 650 Hv and the sub-zero treatment is performed at −160 ° C., for example, the surface hardness is increased to 670 Hv, the surface hardness of the workpiece W tends to increase as the cooling temperature decreases.
図2に示すように、前記加熱室1b内に設けられるヒーター13は、例えば加熱室1b内における両側面部に配置されている。
つまり、前記ヒーター13は、加熱室1b内に搬入されたワークW(熱処理治具2)の、ワーク搬送方向と直交する方向における両側の外側方に設置されている。
これにより、加熱室1b内のワークW(熱処理治具2)は、ワーク搬送方向と直交する方向における両外側方から加熱されることとなる。
As shown in FIG. 2, the
That is, the
Thereby, the workpiece | work W (heat processing jig | tool 2) in the
前記ファン14は加熱室1bの天井面近傍に配置されており、前記ガス供給管12は加熱室1bの天井面におけるファン14の近傍位置から下方へ向けてアンモニアガスなどのガスを供給するように配置されている。
また、前記ファン14は、上方または下方から供給される雰囲気を側方へ送風するように構成されている。
The
The
従って、図2に示すように、ファン14によりワーク搬送方向と直交する方向の外側方へ送風された雰囲気は、熱処理治具2の両側方に位置するヒーター13に沿って下方へ移動し、さらに熱処理治具2側へ流れる。
この場合、加熱室1b内の上部で熱処理治具2側へ流れた雰囲気は熱処理治具2の上方を通過し、加熱室1b内の上下中間部で熱処理治具2側へ流れた雰囲気は熱処理治具2の側面に達し、加熱室1b内の下部で熱処理治具2側へ流れた雰囲気は熱処理治具2の下方へ回り込む。
Therefore, as shown in FIG. 2, the atmosphere blown outward by the
In this case, the atmosphere that has flowed to the
加熱室1b内の上部において熱処理治具2の上方を通過した雰囲気は再度ファン14側へ戻る。
また、加熱室1b内の上下中間部において熱処理治具2の側面に達した雰囲気は、熱処理治具2の側面が開口していて熱処理治具2の内部と外部とを遮蔽する部材がなければ、熱処理治具2内部へそのまま流入することとなる。
さらに、加熱室1b内の下部において熱処理治具2の下方へ回り込んだ雰囲気は上昇して、開口している熱処理治具2の底面から熱処理治具2内部へ流入する。
The atmosphere that has passed above the
Further, the atmosphere reaching the side surface of the
Furthermore, the atmosphere that has flowed downward of the
このように、熱処理治具2の側面や底面から内部へ流入した雰囲気により、熱処理治具2内に載置されたワークWの浸窒処理が行われる。
つまり、熱処理治具2内部に流入した雰囲気によりワークWの表面から内部へ向かって窒素が拡散していく。
In this way, the nitriding treatment of the workpiece W placed in the
That is, nitrogen diffuses from the surface of the workpiece W toward the inside due to the atmosphere flowing into the
ここで、高温に加熱された加熱室1b内に供給されたアンモニアガスには熱分解反応が生じるが、ファン14により送風された雰囲気については加熱室1b内の上部から下方へ移動する過程においても熱分解反応が進行する。
従って、加熱室1b内の上部の雰囲気よりも下部の雰囲気の方が、熱分解反応が進んだ状態となっており、加熱室1b内の上部のアンモニア濃度よりも下部のアンモニア濃度の方が低くなる傾向にある。
特にヒーター13の近傍に沿って下降する雰囲気については、ヒーター13が雰囲気以上に高温に加熱されているため熱分解反応の進行が激しく、上部のアンモニア濃度よりも下部のアンモニア濃度の方が低くなる傾向が顕著である。
Here, the ammonia gas supplied into the
Therefore, the lower atmosphere is in a state in which the thermal decomposition reaction has proceeded more than the upper atmosphere in the
In particular, for the atmosphere descending along the vicinity of the
従って、加熱室1b内の雰囲気が、熱処理治具2の側面における上部から下部にわたって全体的に熱処理治具2内部へ流入可能であった場合は、ファン14の送風により加熱室1b内の上部からヒーター13に沿って下方へ移動する雰囲気が、その移動途中に熱処理治具2の側面から内部へ流入して、熱処理治具2内に載置されているワークWの表面から窒素が拡散していくことになるが、上部の雰囲気におけるアンモニア濃度よりも下部の雰囲気におけるアンモニア濃度の方が低いため、熱処理治具2内の上部に配置されているワークWと下部に配置されているワークWとでは、硬化深さや表面硬度がばらつくことになる。
Therefore, when the atmosphere in the
そこで、前記熱処理治具2においては、以下のように構成して、均一なアンモニア濃度の雰囲気が熱処理治具2内に流入するようにしている。
例えば図3に示すように、熱処理治具2は、治具本体21の側面外周を側壁面となる壁板22・22・・・にて覆って構成されている。
Therefore, the
For example, as shown in FIG. 3, the
図4に示すように、前記治具本体21は、例えば複数の底板21b・21b・・・を所定の間隔を隔てて複数段(本例では4段)に積層配置し、各底板21b・21b・・・を四角に配設した支柱21a・21a・・・にて支持して構成されている。
また、治具本体21の上端部には、最上段の底板21bから上方へ所定の間隔を隔てて天板21cが配置されており、該天板21cは前記支柱21a・21a・・・にて支持されている。
As shown in FIG. 4, the
Further, a
前記天板21cは、例えば複数の板状部材を立てた姿勢で(板面が前後左右方向へ向く姿勢)格子状に組んで構成されており、上下方向に大きな開口率を有している。つまり、天板21cは、平面視における面積全体のうち、各板状部材の厚みが占める面積以外の部分が開口部となっている。
The
また、各底板21b・21b・・・は、例えば前記天板21cと同様に板状部材を格子状に組んで構成されたり、メッシュ状部材にて構成されたり、パンチングメタルにて構成されたりしており、前記天板21cと同様に上下方向に大きな開口率を有していて、加熱室1b内の雰囲気が熱処理治具2内部を上下方向へ通気可能となっている。
In addition, each of the
前記治具本体21の各側面においては、各支柱21a・21a、各底板21b・21b・・・の厚み、および天板の厚みが占める面積以外の面積が開口している。
On each side surface of the jig
そして、前記熱処理治具2は、前記治具本体21の各側面に板状部材にて構成される前記壁板22・22・・・を貼着して、該各側面を覆っている。
これにより、治具本体21の各側面の前記開口部が壁板22・22・・・により閉塞されることとなる。
And the said heat processing jig |
Thereby, the said opening part of each side surface of the jig | tool
従って、加熱室1b内におけるファン14により送風された雰囲気の、熱処理治具2内への流入は、図5に示すようになる。
具体的には、加熱室1b内の上部で熱処理治具2側へ流れた雰囲気は熱処理治具2の上方を通過し、再度ファン14側へ戻る。
また、加熱室1b内の上下中間部で熱処理治具2側へ流れた雰囲気は熱処理治具2の側面に達するが、熱処理治具2の側面は壁板22・22・・・に覆われて開口部が閉塞しているため、熱処理治具2の側面に達した雰囲気が熱処理治具2内に流入することはできない。
Accordingly, the inflow of the atmosphere blown by the
Specifically, the atmosphere that has flowed to the
In addition, the atmosphere that has flowed to the
さらに、加熱室1b内の下部で熱処理治具2側へ流れた雰囲気は熱処理治具2の下方へ回り込み、下方へ回り込んだ雰囲気は上昇して、熱処理治具2の底面(最も下段に位置する底板21b)の開口部から熱処理治具2内部へ流入する。下方から熱処理治具2内へ侵入した雰囲気は、熱処理治具2内を上方へ流れた後、天板21cから外部へ排出されてファン14側へ戻る。
Furthermore, the atmosphere that has flowed to the
つまり、浸窒処理時においては、アンモニアガスが供給されてファン14により攪拌される加熱室1b内の雰囲気は、熱処理治具2の側面からの該熱処理治具2内への流入が阻止され、熱処理治具2の下方からのみ該熱処理治具2内へ流入することが可能となっている。
That is, during the nitriding treatment, the atmosphere in the
このように、熱処理治具2内部には、加熱室1b内の下部に存在している雰囲気、すなわち加熱室1b内の上部から下方へ移動する過程でアンモニアガスの熱分解反応が進行した雰囲気のみが流入するため、熱処理治具2内に載置されている各ワークWは同じアンモニア濃度の雰囲気に晒されることになり、浸窒反応が均一に進行することとなる。
Thus, in the
これにより、各ワークWに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが熱処理治具2内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワークW表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
As a result, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece W to a nitridation quenching process, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the
また、前記壁板22・22・・・は、治具本体21に貼着して付設されていて、治具本体21の側面の開口部を完全に覆っているため、治具本体21の側面から雰囲気が流入することを確実に防ぐことが可能となっている。
Further, the
また、前記壁板22・22・・・を構成する素材としては、モリブデンやタングステンなどの低熱膨張金属を用いることができる。
鉄や鉄合金といった鉄系の素材を用いて壁板22・22・・・を構成した場合、壁板22・22・・・の熱膨張率が大きくなるため、熱処理治具2が加熱および冷却を繰り返しされることにより、壁板22・22・・・に歪みやうねりが生じ易くなり、その歪みやうねりが大きくなる。
このように壁板22・22・・・に歪みやうねりが生じると、ワークWに浸窒処理を施した後に、熱処理治具2を前記油槽1c内の油にワークWを浸漬した際に、熱処理治具2内に流入する油の流れが乱れて乱流となる。
Moreover, as a material which comprises the said
When the
When distortion or undulation occurs in the
これにより、各ワークWの部位による冷却度合いにばらつきが生じて、焼入れ後のワークWに歪みが発生することとなる。
これに対して、壁板22・22・・・を前述のように低熱膨張金属にて構成すると、加熱および冷却を繰り返し行っても壁板22・22・・・には歪みやうねりがあまり発生しないので、焼入れ時における油の流れに乱れが生じにくく、焼入れ後のワークWに発生する歪みを減少させることができる。
また、壁板22・22・・・に生じる歪みやうねりが小さいため、長期間使用しても焼入れ後のワークWに大きな歪みを発生させることがないので、壁板22・22・・・の寿命を伸ばすことができる。
As a result, the degree of cooling varies depending on the location of each workpiece W, and the workpiece W after quenching is distorted.
On the other hand, if the
Moreover, since distortion and waviness which generate | occur | produce in
なお、前記熱処理治具2の上端部には板状部材を格子状に組んで構成した天板21cが配置されており、熱処理治具2の上端面の開口面積は、天板21cを設けない場合に比べて、各板状部材の厚みが占める面積分だけ小さくなっている。つまり、天板21cは、熱処理治具2の上面の開口面積を減少させる開口面積減少部材として作用している。
このように、天板21cを配置して熱処理治具2の上端面の開口面積を減少することにより、熱処理治具2の上端面からの該熱処理治具2内への雰囲気の流入が制限され、熱処理治具2の下方からの雰囲気の流入が促進されている。
Note that a
Thus, by arranging the
また、前記熱処理治具2においては、治具本体21の各側面を開口部のない壁板22・22・・・にて完全に塞いでいるが、前記壁板22・22・・・は、図6に示すように所定の開口面積を有するパンチングメタル素材にて構成したり、所定の開口面積有するメッシュ素材などで構成したりすることも可能である。
Moreover, in the said heat processing jig |
つまり、熱処理治具2の側面からの熱処理治具2内への雰囲気の流入を一部制限し、熱処理治具2の底面からの雰囲気の流入を主とすることで、熱処理治具2の側面から制限なしに雰囲気の流入が可能である場合に比べて、熱処理治具2内へ流入する雰囲気のアンモニア濃度のばらつきを抑えることが可能となる。
これにより、浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えて一定品質の製品を得ることが可能となるとともに、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くして、ワークW表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることが可能となる。
That is, the flow of the atmosphere from the side surface of the
As a result, it is possible to obtain a product with a constant quality by suppressing variations in the surface hardness and hardening depth of the nitrocarburized product, while increasing the treatment temperature during the nitriding treatment while suppressing variations in the ammonia concentration. Thus, it becomes possible to obtain a nitriding and quenching product having a high surface hardness and a large curing depth while suppressing generation of voids on the surface of the workpiece W.
また、前記壁板22・22・・・の各部位には、各部位に対応する箇所の雰囲気におけるアンモニア濃度の高さに応じた大きさの開口を形成することもできる。
例えば図7に示す壁板22・22・・・には、それぞれ下部に開口面積の大きな通気孔22a・22a・・・が複数形成され、上下方向中部に前記通気孔22a・22a・・・よりも開口面積の小さな通気孔22b・22b・・・が複数形成されており、上部には通気孔は形成されていない。
Moreover, the opening of the magnitude | size according to the height of the ammonia concentration in the atmosphere of the location corresponding to each site | part can also be formed in each site | part of the said
For example, the
つまり、熱処理治具2の側面を全面にわたって開口した場合では、アンモニア濃度が高い雰囲気が流入して浸窒反応が進行し易い熱処理治具2の上部と、アンモニア濃度が低い雰囲気が流入して前記上部よりも浸窒反応が進行し難い熱処理治具2の下部とで、得られる浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さにばらつきが生じる。
That is, when the side surface of the
一方、壁板22・22・・・の下部に前記通気孔22a・22a・・・を形成し、上下中部に通気孔22b・22b・・・を形成し、上部には通気孔を形成しないことで、アンモニア濃度が高い雰囲気の熱処理治具2の上部内部への流入を抑制し、アンモニア濃度が中程度の雰囲気の熱処理治具2の上下中部内部への流入を若干許容し、アンモニア濃度が低い雰囲気の熱処理治具2の下部内部への流入を上下中部よりも多く許容している。
On the other hand, the
これにより、アンモニア濃度が高い熱処理治具2の上部での浸窒反応の進行を抑えるとともに、アンモニア濃度が低い熱処理治具2の下部での浸窒反応の進行を促進させて、浸窒反応が熱処理治具2内において全体的に均一に進行するようにしている。
As a result, the progress of the nitriding reaction at the upper part of the
このように、壁板22・22・・・における、アンモニア濃度の高い雰囲気が存在している箇所に対応する部位には通気孔を形成しないまたは小さな面積の通気孔を形成して浸窒反応の進行を抑制し、アンモニア濃度の低い雰囲気が存在している箇所に対応する部位には大きな面積の通気孔を形成して浸窒反応の進行を促進するといったように、壁板22・22・・・の各部位に、熱処理炉1内におけるアンモニア濃度の高さに応じた面積の開口を形成することで、熱処理治具2内における浸窒反応の進行が均一になるようにしている。
In this way, in the
これにより、得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワークW表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
As a result, variations in the surface hardness and the curing depth of the obtained nitrocarburized product can be suppressed, and a product with a constant quality can be obtained.
Nitrogen-hardened products that can increase the processing temperature during nitriding while suppressing variations in ammonia concentration, and that have high surface hardness and large curing depth while suppressing the generation of voids on the surface of the workpiece W Can be obtained.
なお、本例の壁板22・22・・・においては、アンモニア濃度の高さに応じた開口面積を得るために種々の大きさの通気孔22a・22a・・・および通気孔22b・22b・・・を形成したが、これに限るものではなく、部位によって開口率を異ならせたパンチングメタル素材やメッシュ素材などからなる板状部材を、壁板22・22・・・として用いることも可能である。
In the
また、熱処理治具2は次のように構成することができる。
例えば図8に示す熱処理治具30は、複数の個別治具31・31・・・から構成されており、複数の個別治具31・31・・・を行列方向に配列したものが、複数段積層されている(本例においては、一段につき2行3列に配列されたものが4段に積層されている)。
前記各個別治具31・31・・・には、それぞれ複数または単数のワークWが載置されている。
Moreover, the heat processing jig |
For example, the
A plurality or a single workpiece W is placed on each of the
前記各個別治具31・31・・・は、例えば、前記熱処理治具2の場合と同様に、大きな開口面積を有する底板および天板を所定間隔離した状態で支柱により支持してなる治具本体の各側面を壁板31a・31a・・・にて覆って構成されており、前記治具本体の側面の開口部が壁板31a・31a・・・により閉塞されている。
Each of the
そして、側面が壁板31a・31a・・・により閉塞された個別治具31・31・・・を複数集積することにより熱処理治具30が構成されている。
つまり、前記熱処理治具30は複数の区画に分割されており(一つの区画が一つの個別治具31に相当する)、前記各区画の側面外周が壁板31a・31a・・・にて覆われている。
And the heat processing jig |
That is, the
このように熱処理治具30は複数の区画に分割して構成した場合でも、前記各個別治具31・31・・・の側面から熱処理治具30内部へ雰囲気が流入することを防止して、前記各個別治具31・31・・・の底板が配置される熱処理治具30の下面から雰囲気を流入させることが可能となる。
As described above, even when the
従って、熱処理治具30においても、各個別治具31・31・・・内のワークWを同じアンモニア濃度の雰囲気に晒すことができ、浸窒焼入れ処理により得られる浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが各個別治具31・31・・・内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワークW表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
Therefore, in the
In addition, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into each
また、前記各個別治具31・31・・・の壁板31a・31a・・・においては、前記熱処理治具2の壁板22・22・・・の場合と同様に、壁板31a・31a・・・が配置されている部位のアンモニア濃度に応じた面積の通気孔を形成して、各個別治具31・31・・・内における浸窒反応の進行度合いが均一になるようにすることができる。
Further, in the
これにより、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワークW表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができるとともに、得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えて、一定品質の製品を得ることが可能となる。 This makes it possible to increase the treatment temperature during the nitriding treatment while suppressing variations in the ammonia concentration, and nitriding quenching with high surface hardness and a large hardening depth while suppressing the generation of voids on the surface of the workpiece W. In addition to obtaining a product, it is possible to obtain a product of a certain quality by suppressing variations in the surface hardness and the curing depth of the obtained nitrocarburized product.
なお、前記壁板31a・31a・・・としては、該壁板31a・31a・・・が配置される部位によって開口率を異ならせたパンチングメタル素材やメッシュ素材などからなる板状部材を用いることも可能である。
In addition, as said
また、複数のワークWが載置される前記熱処理治具2の側面を覆う側壁面は、次のように構成することもできる。
例えば、図9、図10に示す熱処理装置の熱処理炉1においては、加熱室1b内に第一板状部材23・23および第二板状部材24・24が配設されている。
Moreover, the side wall surface which covers the side surface of the said
For example, in the
前記第一板状部材23・23は、加熱室1bに搬入された治具本体21と加熱室1b内に配置されるヒーター13との間に設置される板状部材である。
つまり、第一板状部材23・23は、治具本体21に対する、該治具本体21の搬送方向と直交する方向の両外側方位置に配置されており、該第一板状部材23・23により、治具本体21の搬送方向と直交する方向の側面外周が覆われている。
Said 1st plate-shaped
That is, the first plate-
前記第二板状部材24・24は、治具本体21の搬送方向における、該治具本体21の両外側方に配設される板状部材である。
つまり、第二板状部材24・24は、治具本体21に対する、該治具本体21の搬送方向における前記搬送口1d側、および反搬送口1d側に配置されており、該第二板状部材24・24により治具本体21の搬送方向の側面外周が覆われている。
The second plate-
That is, the second plate-
このように、浸窒処理が行われる加熱室1b内に搬送された治具本体21の各側面の外周は、前記第一板状部材23・23、および第二板状部材24・24により覆われている。
As described above, the outer periphery of each side surface of the jig
従って、加熱室1b内におけるファン14により治具本体21の搬送方向と直交する方向の外側方に送風された雰囲気の流れは、図10に示すようになる。
具体的には、治具本体21の搬送方向と直交する方向の外側方に送風された雰囲気は、治具本体21の両側方に位置するヒーター13に沿って下方へ移動し、さらに熱処理治具2側へ流れる。
Therefore, the flow of the atmosphere blown outward in the direction orthogonal to the conveying direction of the
Specifically, the atmosphere blown outward in the direction orthogonal to the conveyance direction of the
この場合、ヒーター13に沿って下方へ流れる雰囲気は、ヒーター13と第一板状部材23との間に形成される空間を流れることとなる。
前記空間を流れた雰囲気は加熱室1b内の下部で治具本体21側へ流れ、治具本体21の下方へ回り込む。
加熱室1b内の下部において治具本体21の下方へ回り込んだ雰囲気は上昇して、開口している治具本体21の底面から熱処理治具2内部へ流入する。
In this case, the atmosphere flowing downward along the
The atmosphere that has flowed through the space flows to the
In the lower part of the
また、加熱室1b内の上下中間部では、前記空間を流れる雰囲気は、第一板状部材23・23により治具本体21側へ流れることを阻まれる。
これにより、ファン14により送風された雰囲気が治具本体21の側面から該治具本体21内部に流入することが防止される。
In addition, in the upper and lower intermediate portions in the
Thus, the atmosphere blown by the
同様に、加熱室1b内におけるファン14により治具本体21の搬送方向の外側方に送風された雰囲気は、第二板状部材24・24により治具本体21側へ流れることを阻まれるため、当該雰囲気が治具本体21の側面から該治具本体21内部に流入することが防止される。
Similarly, the atmosphere blown outward in the conveying direction of the
つまり、浸窒処理時においては、アンモニアガスが供給されてファン14により攪拌される加熱室1b内の雰囲気は、治具本体21の側面からの該治具本体21内への流入が阻止され、治具本体21の下方からのみ該治具本体21内へ流入することが可能となっている。
That is, during the nitriding treatment, the atmosphere in the
このように、治具本体21内部には、加熱室1b内の下部に存在している雰囲気、すなわち加熱室1b内の上部から下方へ移動する過程でアンモニアガスの熱分解反応が進行した雰囲気のみが流入するため、治具本体21内に載置されている各ワークWは同じアンモニア濃度の雰囲気に晒されることになり、浸窒反応が均一に進行することとなる。
Thus, in the
これにより、各ワークWに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
また、熱分解反応が同程度に進行したアンモニアガスを含んだ雰囲気のみが治具本体21内に流入することとなるため、アンモニア濃度のばらつきを抑えながら浸窒処理時の処理温度を高くすることができ、ワークW表面へのボイドの発生を抑制しながら高い表面硬度および大きな硬化深さを有した浸窒焼入れ品を得ることができる。
As a result, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the nitrocarburized product obtained by subjecting each workpiece W to a nitridation quenching process, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
Moreover, since only the atmosphere containing ammonia gas in which the thermal decomposition reaction has progressed to the same level flows into the jig
なお、本例においては、外部から加熱室1bに搬入されるのは治具本体21のみであり(図1、図2などに示した例の場合のように、治具本体21の側面外周に壁板22・22・・・を付設した状態の熱処理治具2ではなく)、図1、図2などに示した例における壁板22・22・・・に相当する側壁面としての役割を第一板状部材23・23および第二板状部材24・24が担うものである。
In this example, only the
また、本例では、第一板状部材23・23および第二板状部材24・24においては、前記壁板22・22・・・の場合と同様に、各部位にアンモニア濃度に応じた大きさの通気孔を適宜形成したり、アンモニア濃度に応じた開口率を有するパンチングメタル素材やメッシュ素材などを用いたりして、第一板状部材23・23および第二板状部材24・24の各部位の開口面積をアンモニア濃度に応じて変化させることができる。
Further, in this example, in the first plate-
また、本例において加熱室1bに搬入される治具本体21においては、各側面に、ある程度の開口面積を有するパンチングメタル素材やメッシュ素材にて構成される板状部材(治具本体21の各側面の開口部を完全に塞がない程度の板状部材)を付設した構成とすることも可能である。
さらに、本例では、治具本体21に前記壁板22・22・・・を付設した状態の熱処理治具2を加熱室1bに搬入するように構成することも可能である。
Moreover, in the jig
Furthermore, in this example, the
また、前記第二板状部材24・24のうち、治具本体21の搬送方向における前記搬送口1d側に配置される第二板状部材24は、昇降可能に構成されている。
つまり、搬送口1d側の第二板状部材24は、下降して前記搬送レール3よりも下方に位置した状態(図9に示す状態)と、上昇して搬送レール3よりも上方へ突出した状態とに切り換え可能に構成されている。
Moreover, the 2nd plate-shaped
That is, the second plate-
第二板状部材24は、搬送レール3よりも上方へ突出した上昇状態にあるときに治具本体21の側面を覆って該側面の開口部を閉塞し、搬送レール3よりも下方に位置した下降状態にあるときに加熱室1bに対する治具本体21の搬入・搬出を行うことが可能となる。
このように、搬送口1d側の第二板状部材24を昇降可能に構成することで、治具本体21における搬送口1d側の側面を第二板状部材24にて覆いながら、治具本体21を加熱室1bへ搬入・搬出することが可能となる。
The second plate-shaped
In this way, by configuring the second plate-
また、加熱室1b内の雰囲気を攪拌するファン14は、ワークWの浸窒処理時には、所定時間毎に正転駆動および逆転駆動を繰り返し切り換えるように構成されている。
ファン14を正転回転または逆転回転にて連続して駆動していると、加熱室1b内の雰囲気には一定方向の流れが生じる傾向にあるが、正転回転での駆動および逆転回転での駆動を繰り返し切り換えることで、雰囲気の一定方向の流れが乱されることとなる。
In addition, the
If the
このように、ファン14の正転駆動および逆転駆動を繰り返し切り換えて加熱室1b内の雰囲気の流れを乱すことで、加熱室1b内の雰囲気における前後左右方向(水平方向)のアンモニア濃度のばらつきを低減することができる。
これにより、得られる浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
In this way, the forward and backward driving of the
Thereby, it is possible to suppress variations in the surface hardness and the curing depth of the obtained nitrocarburized product, and it becomes possible to obtain a product with a constant quality.
なお、ファン14の正転駆動および逆転駆動を切り換えることは、前後左右方向(水平方向)における浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを低減することに対して、特に効果的である。
これに対し、前述の熱処理治具2の側面外周を壁板22・22・・・や第一板状部材23・23および第二板状部材24・24にて覆うことは、上下方向における浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを低減することに対して、特に効果的となっている。
Note that switching between forward rotation and reverse rotation of the
On the other hand, covering the outer periphery of the side surface of the
従って、熱処理治具2の側面外周を壁板22・22・・・などの側壁面にて覆うことに加えて、前記ファン14の正転駆動および逆転駆動を繰り返し切り換えるように構成することで、加熱室1b内の雰囲気のアンモニア濃度を全体的に均一にして、熱処理治具2内の全てのワークWに対して均一な浸窒処理を行うことが可能となり、得られる浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを全体的に抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
Therefore, in addition to covering the outer periphery of the side surface of the
次に、以上のように構成した熱処理治具2および熱処理炉1を用いて、以下の実施例1〜4のように実際にワークWに対して浸窒焼入れ処理を施した場合の結果について図11を用いて説明する。
各実施例の処理条件としては、上下4段にワークWを載置した熱処理治具2を用いて、830℃の温度で浸窒処理を行った。
Next, using the
As the processing conditions of each example, the nitriding treatment was performed at a temperature of 830 ° C. using the
また、実施例1においては、熱処理治具2の側面を所定の大きさで均一な開口率の壁板にて閉塞して処理を実施し、実施例2においては、熱処理治具2の側面の開口率をアンモニア濃度が高い上から1段目が0%、上から2段目および3段目を20%、アンモニア濃度が低い上から4段目を50%とした壁板にて閉塞するとともに、ファン14の正転駆動および逆転駆動を切り換えて処理を実施し、実施例3においては、熱処理治具2の側面を開口率0%の壁板にて完全に閉塞するとともに、ファン14の正転駆動および逆転駆動を切り換えて処理を実施し、実施例4においては、熱処理治具2の側面を開口率0%の壁板にて完全に閉塞するとともに、ファン14の正転駆動および逆転駆動を切り換えて浸窒焼入れ処理を行った後に、−120℃の温度でサブゼロ処理を実施した。
In the first embodiment, the side surface of the
このように、各実施例について浸窒焼入れ処理を行ったところ、実施例1では、ワークWの表面硬度が600±130Hvであった。また、処理を施されたワーク表面にはボイドが発生しており、熱処理治具2の上段側に位置するワークWほど大きなボイドであった。さらに、ワークWの表面硬度は、熱処理治具2の上段側から下段側へいくにつれて、低い値を示した。
Thus, when the nitriding quenching process was performed for each Example, in Example 1, the surface hardness of the workpiece W was 600 ± 130 Hv. In addition, voids are generated on the surface of the workpiece that has been treated, and the larger the workpiece W located on the upper side of the
実施例2では、ワークWの表面硬度が640±80Hvであった。処理を施されたワーク表面にはボイドが発生したものがあったが、少なかった。
実施例3では、ワークWの表面硬度が620±30Hvであった。熱処理治具2内のワークWには全段においてボイドの発生は見られなかった。
実施例4では、ワークWの表面硬度が655±30Hvであった。熱処理治具2内のワークWには全段においてボイドの発生は見られなかった。
In Example 2, the surface hardness of the workpiece W was 640 ± 80 Hv. There were some voids on the treated workpiece surface, but there were few.
In Example 3, the surface hardness of the workpiece W was 620 ± 30 Hv. In the workpiece W in the
In Example 4, the surface hardness of the workpiece W was 655 ± 30 Hv. In the workpiece W in the
実施例1と実施例2および実施例3とを比べてみると、熱処理治具2の側面外周を覆う側壁面を設けること、およびファン14の正転駆動および逆転駆動の切り換えが、ワークWの表面硬度の向上、ワークWの表面硬度のばらつき低減、およびボイドの発生低減に対して効果を有していることがわかる。
また、熱処理治具2の側面外周を覆う側壁面にアンモニア濃度の高さに応じた面積の開口を形成した場合(実施例2)に対して、開口を全く形成しなかった場合(実施例3)では、ワークWの表面硬度が若干低下するが、表面硬度のばらつきは小さくなっている。
Comparing Example 1 with Example 2 and Example 3, it is found that the side wall surface covering the outer periphery of the side surface of the
Further, when an opening having an area corresponding to the height of the ammonia concentration is formed on the side wall surface covering the outer periphery of the side surface of the heat treatment jig 2 (Example 2), no opening is formed (Example 3). ), The surface hardness of the workpiece W slightly decreases, but the variation in surface hardness is small.
また、実施例3と実施例4とを比べてみると、浸窒焼入れ処理後にサブゼロ処理を施すことで(実施例4)、サブゼロ処理を行わない場合(実施例3)に対して、ワークWの表面硬度のばらつき低減、およびボイドの発生低減の効果を保ったまま、ワークWの表面硬度をさらに高くすることが可能となっている。 Further, when Example 3 and Example 4 are compared, the workpiece W is compared with the case where the sub-zero treatment is not performed (Example 3) by performing the sub-zero treatment after the nitriding quenching treatment (Example 4). It is possible to further increase the surface hardness of the workpiece W while maintaining the effects of reducing variations in the surface hardness of the steel and reducing the occurrence of voids.
また、浸窒処理温度を810℃に設定した場合、前記実施例1の条件で処理を行っても、830℃の浸窒処理温度における実施例4の条件での処理にて得られた表面硬度の高さおよびばらつきと同程度のものを得ることができるが、810℃の浸窒処理温度での硬化深さ(例えば0.19mm)は、830℃の浸窒処理温度での硬化深さ(例えば0.25mm)に比べて浅くなる。 Further, when the nitriding treatment temperature is set to 810 ° C., the surface hardness obtained by the treatment under the conditions of Example 4 at the nitriding treatment temperature of 830 ° C., even if the treatment is performed under the conditions of Example 1 above. However, the curing depth at the nitriding temperature of 810 ° C. (for example, 0.19 mm) is the depth of curing at the nitriding temperature of 830 ° C. (for example, 0.19 mm). For example, it becomes shallower than 0.25 mm).
なお、上記で説明を行った、熱処理治具2側面外周に配置される壁板22・22・・・、第一板状部材23・23および第二板状部材24・24や、ファン14の正転駆動および逆転駆動の切り換えや、サブゼロ処理などによるワークWの表面硬度および硬化深さのばらつき低減の効果は、浸窒処理温度が低い場合でも奏されるが、浸窒処理温度が高くなるほどワークWの表面硬度および硬化深さのばらつき低減効果は大きくなる。
The
W ワーク
1 熱処理炉
1a 前室
1b 加熱室
1c 油槽
1d 搬送口
2 熱処理治具
3 搬送レール
12 ガス供給管
13 ヒーター
14 ファン
21 治具本体
21a 支柱
21b 底板
21c 天板
22 壁板
23 第一板状部材
24 第二板状部材
22a・22b 通気孔
30 熱処理治具
31 個別治具
31a 壁板
Claims (10)
前記熱処理治具の側面外周を覆う側壁面を有し、
前記側壁面の各部位においては、
前記熱処理炉内におけるアンモニア濃度の高さに応じた面積の開口が形成されている、
ことを特徴とする熱処理治具。 A heat treatment jig used when heat-treating the work in a heat treatment furnace in which a plurality of works are placed, ammonia gas is supplied and an internal atmosphere is heated by a heating tool,
A side wall surface covering the outer periphery of the side surface of the heat treatment jig;
In each part of the side wall surface,
An opening having an area corresponding to the height of the ammonia concentration in the heat treatment furnace is formed,
A heat treatment jig characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の熱処理治具。 An opening area reducing member for reducing the opening area of the upper surface is disposed on the upper surface of the heat treatment jig.
The heat treatment jig according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱処理治具。 The heat treatment jig is divided into a plurality of sections, and the outer periphery of the side surface of each section is covered with the side wall surface,
The heat treatment jig according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment jig is provided.
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の熱処理治具。 The side wall surface is a wall plate member attached to the main body of the heat treatment jig.
The heat treatment jig according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat treatment jig is provided.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱処理治具。 The side wall surface is a plate-like member disposed between the main body of the heat treatment jig and a heating tool disposed in the heat treatment furnace.
The heat treatment jig according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment jig is provided.
前記熱処理炉内においては、該熱処理炉内に搬送された熱処理治具の、該熱処理治具の搬送方向と直交する方向の外側方位置に加熱具が設置されており、
前記側壁面は、前記熱処理治具の本体と前記熱処理炉内に配置される加熱具との間に配設される第一の板状部材、および前記熱処理治具の搬送方向における、該熱処理治具の外側方に配設される第二の板状部材である、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱処理治具。 The heat treatment jig is configured to be able to be conveyed from the outside of the heat treatment furnace to the inside of the heat treatment furnace through a conveyance port formed on one surface of the heat treatment furnace,
In the heat treatment furnace, a heating tool is installed at an outer position of the heat treatment jig conveyed into the heat treatment furnace in a direction perpendicular to the conveyance direction of the heat treatment jig,
The side wall surface includes a first plate-like member disposed between a main body of the heat treatment jig and a heating tool disposed in the heat treatment furnace, and the heat treatment treatment in the transport direction of the heat treatment jig. A second plate-like member disposed on the outer side of the tool,
The heat treatment jig according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment jig is provided.
前記搬送口側に配置される第二の板状部材は、前記熱処理治具の搬送経路を開閉可能に構成される、
ことを特徴とする請求項6に記載の熱処理治具。 The second plate-like member is disposed on the transport port side and the counter transport port side with respect to the heat treatment jig,
The second plate-like member disposed on the transfer port side is configured to be able to open and close the transfer path of the heat treatment jig,
The heat treatment jig according to claim 6.
ことを特徴とする請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の熱処理治具。 The side wall surface is made of molybdenum or tungsten .
The heat treatment jig according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat treatment jig is provided.
ことを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment jig according to any one of claims 1 to 8, and the heat treatment furnace,
The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記ファンは、前記ワークの熱処理時に正転駆動および逆転駆動が繰り返し切り換えられる、
ことを特徴とする請求項9に記載の熱処理装置。 In the heat treatment furnace, a fan for stirring the atmosphere in the heat treatment furnace is provided,
The fan is repeatedly switched between forward rotation driving and reverse rotation driving during heat treatment of the workpiece.
The heat treatment apparatus according to claim 9.
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