JP5863499B2 - 熱処理方法 - Google Patents
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Description
このため従来は、このような変形を予め考慮し、インペラに余肉を設けた状態で熱処理を行った後に機械加工等によって熱処理が不均一な余肉部分を削除することで、熱処理時に発生する硬度及び靭性のバラツキに対応していた。
即ち、本発明に係る熱処理方法は、円盤状の被処理材の熱処理方法であって、伝達した熱を輻射熱として放射する輻射変換材で形成された被覆体によって、前記被処理材の外周面を周方向に覆う被処理材被覆工程と、前記被覆体で覆われた前記被処理材を、周囲から加熱または冷却することで熱処理を行う熱処理工程とを備え、また、前記被処理材は、回転軸を挿入可能な軸孔を有するインペラであり、前記軸孔の内部に輻射変換材で形成された軸孔挿入体を挿入する第一挿入工程をさらに備え、前記熱処理工程は、前記軸孔内部に前記軸孔挿入体が挿入された状態で行うことを特徴とする。
また、このような軸孔挿入体を挿入する第一挿入工程によって、熱処理雰囲気における流体の淀みが発生し易い軸孔内で、放射伝熱を促進でき、熱処理時にさらなる均熱化が可能となる。
また、本発明に係る熱処理方法は、円盤状の被処理材の熱処理方法であって、伝達した熱を輻射熱として放射する輻射変換材で形成された被覆体によって、前記被処理材の外周面を周方向に覆う被処理材被覆工程と、前記被覆体で覆われた前記被処理材を、周囲から加熱または冷却することで熱処理を行う熱処理工程とを備え、前記被処理材は、内部に流路を有するインペラであり、前記流路内部に前記輻射変換材で形成された流路挿入体を挿入する第二挿入工程をさらに備え、前記熱処理工程は、前記流路内部に前記流路挿入体が挿入された状態で行うことを特徴とする。
このような流路挿入体を挿入する第二挿入工程によって、熱処理雰囲気における流体の淀みが発生し易い流路内で、放射伝熱を促進でき、熱処理時にさらなる均熱化が可能となる。
また、本発明に係る熱処理方法は、円盤状の被処理材の熱処理方法であって、伝達した熱を輻射熱として放射する輻射変換材で形成された被覆体によって、前記被処理材の外周面を周方向に覆う被処理材被覆工程と、前記被覆体で覆われた前記被処理材を、周囲から加熱または冷却することで熱処理を行う熱処理工程とを備え、前記被処理材は、回転軸を挿入可能な軸孔を有するインペラであり、前記軸孔の内部に輻射変換材で形成された軸孔挿入体を挿入する第一挿入工程をさらに備え、前記熱処理工程は、前記軸孔内部に前記軸孔挿入体が挿入された状態で行い、前記被処理材は、内部に流路を有するインペラであり、前記第一挿入工程の前、又は該第一挿入工程の後に実行され、前記流路内部に前記輻射変換材で形成された流路挿入体を挿入する第二挿入工程をさらに備え、前記熱処理工程は、前記流路内部に前記流路挿入体が挿入された状態で行い、前記熱処理工程の前であって前記被処理材被覆工程の後に前記第一挿入工程及び前記第二挿入工程が実行されることを特徴とする。
図1に示すように、本参考例により熱処理されるインペラ1は、流体の増圧を行なう圧縮機等の回転機械に用いられる。
またこのインペラ1は、軸線Pを中心として互いに一体をなすディスク1aとカバー1bとブレード1cとから構成されている。
また、当該ブレード1cは、それぞれディスク1aの径方向内側から外側に向かうに従って周方向の一方向に向かって湾曲するように延在している。
また、ディスク1aとカバー1bと隣接する二つのブレード1cによって挟まれた領域は、流体の流通する流路10となっている。さらに、各々の流路10の径方向内側は、軸線Pの一方側に向かって立ち上がって、カバー1bとディスク1aとで挟まれた領域に、当該軸線P方向に流体を流入させる導入口1dが開口している。
図2から図4に示すように、インペラ1の熱処理方法は、加熱炉である真空炉3内に、熱処理前のインペラ1を配置する熱処理準備工程S1と、真空炉3内において均熱化治具(被覆体)2でインペラ1を覆うインペラ被覆工程(被処理材被覆工程)S2と、均熱化治具2でインペラ1を覆った状態で周囲から加熱又は冷却を行なう熱処理工程S3とを備えている。
ここで、真空炉3とは、内部を大気圧よりも低圧に保つことによって、熱処理時の酸化反応を抑制することが可能な熱処理炉の一種である。またこの真空炉3の内部の上面には、真空炉3内の雰囲気流体の攪拌を行なう攪拌ファン5が間隔をあけて2台が設けられており、真空炉3の内部の炉側壁3aの四面のうちの対向する二面(図4の紙面、左右方向に位置する二面)にのみ、炉側壁3a全面に配置されたヒータ4が設けられている。
さらに、これらの輻射変換材は通気性も有しており、通気性の指標としては、空隙率が50〜90パーセント程度となっていることが好ましい。
加熱工程S3aにおいては、ヒータ4によって真空炉3内を所定温度まで加熱し、インペラ1に焼入れを施す。
なお、加熱工程S3aにおける上記所定温度は、インペラ1の材質および熱処理目的によりに決定される。例えばSNCM製インペラの焼入れ処理では、820〜900℃が例示される。
なお、冷却工程S3bにおける上記所定温度は、インペラ1の材質及び熱処理目的により決定される。例えば、SNCM製インペラの焼き戻し処理では、580〜630℃が例示される。
この点、本参考例の冷却工程S3bでは、加熱工程S3aと同様に、均熱化治具2でインペラ1を覆うことで、放射伝熱によってインペラ1の均一冷却が可能である。さらに、この均熱化治具2は通気性を有しているため、冷却工程S3bにおいて窒素ガスGを吹き付けた際には、均熱化治具2とインペラ1との間で、窒素ガスGが淀んでしまうことを抑制できる。従って、対流熱伝達効果の向上によって熱処理工程S3の時間短縮に繋がる。なお、図示はしないが、均熱化治具2の通気度を空隙率80パーセントとして、均熱化治具2を設けた状態での解析も行い、良好な結果を得た。
なお、参考例と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態の熱処理方法は、インペラ被覆工程S2の後に、さらに第一挿入工程S10と第二挿入工程S11とを備えている点で、参考例とは異なっている。
この際、軸孔11と軸孔挿入治具21との間、流路10と流路挿入治具20との間は、間隙を設けた状態で、流路挿入治具20及び軸孔挿入治具21を挿入した方が、冷却工程S3bでの窒素ガスの流動性を向上でき、対流熱伝達の効果をさらに向上できる。
例えば、上述の実施形態ではインペラ1全体を覆うように、均熱化治具が周壁部12、上底面13、下底面14を有する形状となっているが、例えば周壁部12のみによって構成されていてもよい。
Claims (5)
- 円盤状の被処理材の熱処理方法であって、
伝達した熱を輻射熱として放射する輻射変換材で形成された被覆体によって、前記被処理材の外周面を周方向に覆う被処理材被覆工程と、
前記被覆体で覆われた前記被処理材を、周囲から加熱または冷却することで熱処理を行う熱処理工程とを備え、
前記被処理材は、回転軸を挿入可能な軸孔を有するインペラであり、
前記軸孔の内部に輻射変換材で形成された軸孔挿入体を挿入する第一挿入工程をさらに備え、
前記熱処理工程は、前記軸孔内部に前記軸孔挿入体が挿入された状態で行うことを特徴とする熱処理方法。 - 円盤状の被処理材の熱処理方法であって、
伝達した熱を輻射熱として放射する輻射変換材で形成された被覆体によって、前記被処理材の外周面を周方向に覆う被処理材被覆工程と、
前記被覆体で覆われた前記被処理材を、周囲から加熱または冷却することで熱処理を行う熱処理工程とを備え、
前記被処理材は、内部に流路を有するインペラであり、
前記流路内部に前記輻射変換材で形成された流路挿入体を挿入する第二挿入工程をさらに備え、
前記熱処理工程は、前記流路内部に前記流路挿入体が挿入された状態で行うことを特徴とする熱処理方法。 - 円盤状の被処理材の熱処理方法であって、
伝達した熱を輻射熱として放射する輻射変換材で形成された被覆体によって、前記被処理材の外周面を周方向に覆う被処理材被覆工程と、
前記被覆体で覆われた前記被処理材を、周囲から加熱または冷却することで熱処理を行う熱処理工程とを備え、
前記被処理材は、回転軸を挿入可能な軸孔を有するインペラであり、
前記軸孔の内部に輻射変換材で形成された軸孔挿入体を挿入する第一挿入工程をさらに備え、
前記熱処理工程は、前記軸孔内部に前記軸孔挿入体が挿入された状態で行い、
前記被処理材は、内部に流路を有するインペラであり、
前記第一挿入工程の前、又は該第一挿入工程の後に実行され、前記流路内部に前記輻射変換材で形成された流路挿入体を挿入する第二挿入工程をさらに備え、
前記熱処理工程は、前記流路内部に前記流路挿入体が挿入された状態で行い、
前記熱処理工程の前であって前記被処理材被覆工程の後に前記第一挿入工程及び前記第二挿入工程が実行されることを特徴とする熱処理方法。 - 前記被処理材被覆工程では、前記被覆体として通気性を有する輻射変換材で形成されたものを用い、
前記熱処理工程では、通気性を有する前記被覆体により、該被覆体の外側から前記被処理材へ、熱処理雰囲気における流体を流通させることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の熱処理方法。 - 前記被処理材被覆工程では、前記被覆体によって前記被処理材を軸方向からも覆うことを特徴とする請求項4に記載の熱処理方法。
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