JP6135177B2 - 真空浸炭処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は真空浸炭処理方法に関し、特に、浸炭炉内へ供給する浸炭ガス量を絞った状態でも均一な浸炭処理を行うことができる真空浸炭処理方法に関するものである。
真空浸炭は、浸炭ムラや表面粒界酸化が無い高品質な浸炭処理を行うことができるとともに、ＣＯ2の排出が無く環境負荷が小さい等の特徴を有している。そして特許文献１には、このような真空浸炭を行う場合に、炉内への浸炭ガスの供給量（浸炭ガス量）を被処理材の量に合わせて適正に制御して、浸炭不足や、浸炭ガスの供給過剰による煤の発生を回避する方法が示されている。
ところで、上述のように適正な浸炭ガス供給量に制御した場合に、被処理材の量が少ない場合や低温下で長時間浸炭させる場合には、供給する浸炭ガス量を十分に絞る必要があるが、このようにすると歯車等の被処理材を多数積層して炉内へ挿置した場合に、積層体の外部と内部とで被処理材の浸炭度に大きなバラツキを生じるという問題があった。
そこで本発明はこのような課題を解決するもので、炉内へ供給する浸炭ガス量を絞った場合にも被処理材の炉内での位置に無関係に均一な浸炭処理を行うことができる真空浸炭処理方法を提供することを目的とする。
本第１発明では、炉内に積層して装入された被処理材を真空雰囲気下で浸炭処理するに際して、導入量１２〜４００ｌ／ｈのアセチレンガスに導入量２００〜６００ｌ／ｈの窒素ガスを混合して総ガス導入量５００ｌ／ｈ以上とした処理ガスを使用することを特徴とする。本第２発明では、前記被処理材の表面炭素濃度差を０．１％以下にする。
本発明においては、浸炭処理に際して被処理材の量に応じて浸炭ガスの炉内への供給量を絞っても、これに不活性ガスを混合することによって処理ガスは全体が十分な量になる。この結果、炉内で被処理材が積層されていても、積層された内部の被処理材まで浸炭ガスが十分に供給されて外部と内部の被処理材の浸炭度に大きなバラツキが生じるのが抑えられ、炉内の被処理材の位置に無関係に浸炭処理が一様に行われる。
以上のように、本発明の真空浸炭処理方法によれば、浸炭ガス量を絞った場合にも炉内での被処理材の位置に関係なく均一な浸炭処理を行うことができる。
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
本発明の一実施形態として、６ｍ3の容量の浸炭炉に、図１に示すように、被処理材としてＳＣｒ４２０製の歯車を各トレー内に縦横５個で２５個収容し、このトレーを５段重ねで炉内に収容した。なお、ＳＣｒ４２０製の歯車はあくまで被処理材の一例である。図２（１）には浸炭炉２の一例としてその正面概略断面を示し、図２(２)にはその側面概略断面を示す。図２より明らかなように、不活性ガスとしてのＮ2ガスと浸炭ガスとしてのアセチレンガスを混合した処理ガスのガス導入ノズル２１が、積層されたトレー１の左右方向中央の上方で前後二箇所に設けられるとともに、上記トレー１の中心下方に排気口２２が設けられている。
ここで図１中の三桁の括弧つき数字は、トレー１に収納された被処理材Ｗの位置を示すもので、最初の桁は上方からのトレー１の段順を、続く二桁が各段のトレー平面内での前後左右の行列順を示す。例えば［１３１］は最上段のトレー１の、第３行第１列の位置にある被処理材Ｗであることを示す。本実施形態では、表面炭素濃度が最大になると予想される［１１１］の位置にある被処理材Ｗと、表面炭素濃度が最小になると予想される［３３３］の位置にある被処理材Ｗの、それぞれ表面炭素濃度を測定した。
表１は、炉圧を１５００Ｐａとし、被処理材の炉内装入量(表面積)を０．１ｍ2（表１のＡ，Ｂ，Ｃ領域）、０．５ｍ2（表１のＤ，Ｅ，Ｆ領域）、２ｍ2（表１のＧ領域）と変更するとともに、炉温（浸炭温度）を８５０℃（表１のＡ，Ｄ，Ｇ領域）、９５０℃（表１のＢ，Ｅ領域）、１０５０℃（表１のＣ，Ｆ領域）と変更して、所望の浸炭を行うに必要なアセチレンガス（浸炭ガス）の導入量を確保しつつこれに混合する窒素ガスの導入量を変化させて炉内への処理ガスの総ガス導入量を変更し、この時の被処理材の表面炭素濃度の最大値と最小値を測定して、その差を算出したものである。
表１より明らかなように、いずれの領域Ａ〜Ｇにおいても、アセチレンガスと窒素ガスの各炉内導入量を合わせた総ガス導入量が多いほど、被処理材の表面炭素濃度の最大値と最小値の差（表面炭素濃度差）は小さくなって、積層された被処理材の位置に無関係に均一な浸炭処理が行われることを示している。
そこで、図３に示すように、表１中の総ガス導入量を横軸に、被処理材の表面炭素濃度差を縦軸にとって各領域Ａ〜Ｇのデータを図中にプロットすると、表面炭素濃度差は炉内への総ガス導入量の増大に伴ってほぼ単調的に小さくなる。そして本実施形態においては、上記総ガス導入量を５００ｌ／ｈ以上にすると、表面炭素濃度差は表１中の各領域Ａ〜Ｇのいずれにおいても０．１％以下になって（図３中の斜線領域）、十分に均一な被処理材の浸炭処理を行うことができる。
このように本実施形態においては、炉内への導入量を絞った浸炭ガスとしてのアセチレンガスに、不活性ガスとしてのＮ2ガスを混合して炉内へ供給される総ガス導入量を十分な量とすることによって、炉内に積層して装入された被処理材に対してその位置に無関係に均一な浸炭処理を行うことができる。
なお、浸炭ガスはアセチレンガスに限られず、不活性ガスもＮ2ガスに限られないことはもちろんである。また不活性ガスを混合した処理ガスの総ガス導入量をどの程度にするかは炉容積等との兼ね合いで実験的に定められるものである。
１…トレー、２…浸炭炉、２１…ガス導入ノズル、２２…排気口、Ｗ…被処理材。
Claims (2)
- 炉内に積層して装入された被処理材を真空雰囲気下で浸炭処理するに際して、導入量１２〜４００ｌ／ｈのアセチレンガスに導入量２００〜６００ｌ／ｈの窒素ガスを混合して総ガス導入量５００ｌ／ｈ以上とした処理ガスを使用することを特徴とする真空浸炭処理方法。
- 前記被処理材の表面炭素濃度差を０．１％以下にする請求項１に記載の真空浸炭処理方法。
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