JP6427949B2

JP6427949B2 - 真空焼入れ処理方法

Info

Publication number: JP6427949B2
Application number: JP2014103879A
Authority: JP
Inventors: 石浜　克則; 克則石浜; 正光赤尾; 康史岡田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: JP2015218367A

Description

本発明は真空焼入れ処理設備に関し、特にガス冷却能力を適正に制御できる真空焼入れ処理設備に関する。

特許文献１には上下方向に配設された複数の浸炭室（真空加熱室）とこれら浸炭室に処理品を搬送する上下動可能な垂直リフト装置、および浸炭後の処理品を冷却する冷却室を一体的に備えたコンパクトな真空浸炭焼入れ処理設備が示されている。

特表２０１３−５０４６８６

上記焼入れ処理設備では、ワークは格子状のトレイ上に複数が平面状に一段で配置されて焼入れ処理されるようになっている。そして、付設されたガス冷却室では冷却ガスのフローガイドを備え、一段で配置されたワークに対して冷却ガスの圧力、流速、風向等を適宜制御して、従来の多段処理設備に比して、各ワークの歪の低減と均一化を実現している。

ところで、ワークの歪をさらに低減するには、パーライトノーズにかからないように急冷し、ワークの内外部の温度差を無くすようにマルテンサイト変態点の直上温度で一定時間保持した後、冷却するマルクエンチ処理が行われる。しかし、十分な冷却能力を得ようとすると冷却能力を小さくするように制御することは困難で、ワークの内外部に温度差を生じることが避けられないという問題があった。

そこで、本発明はこのような要請に鑑みたもので、必要時にワークの冷却速度を低減して、ワークの内外部の温度差を可及的に小さくし、ワークの歪を低減させるマルクエンチ処理が可能な低温加熱室を使用する真空焼入れ処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、複数の真空加熱室（２Ａ〜２Ｄ）とこれら真空加熱室内へワーク（Ｗ）を出し入れする搬送装置（３）とを、一端が開放する筐体（１）内に収納し、当該筐体（１）の開放部に気密的にガス冷却室（４）を連結した真空焼入れ処理設備において、前記複数の真空加熱室（２Ａ〜２Ｄ）のうちの一つを相対的に温度の低い低温加熱室（２Ｄ）とし、必要時に前記ガス冷却室（４）から前記ワーク（Ｗ）を前記低温加熱室（２Ｄ）へ搬送するものである。

本発明においては、必要時にガス冷却室からワークを低温加熱室へ搬送するようにしたから、急冷時は十分な冷却能力を発揮しつつ、変態点直上部ではワークの冷却速度を低減させることによってワークの内外部の温度差を可及的に小さくして、マルクエンチ処理を行うことができる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の真空焼入れ処理設備によれば、十分な冷却能力を発揮しつつ、必要時には冷却能力を十分低減してワークの内外部の温度差を可及的に小さくし、ワークの歪を低減させるマルクエンチ処理を行うことができる。

本発明の第１参考例における真空焼入れ装置の全体概略構成図である。搬送装置の概略側面図である。熱交換器の配管経路を示す図である。ワーク温度の経時変化を示す図である。本発明の第２参考例におけるガス冷却室の概略断面図である。本発明の第３参考例におけるガス冷却室の概略断面図である。本発明の第４参考例におけるガス冷却室の概略断面図である。本発明の第５参考例におけるガス冷却室の概略断面図である。

（第１参考例）
図１に本発明の第１参考例を示す。図１において、真空焼入れ処理設備は一端開放の筐体１を備え、当該筐体１内には閉鎖側の長手方向半部に上下方向へ複数（本参考例では四基）の真空加熱室（以下、単に加熱室という）２Ａ〜２Ｄが設けられているとともに、筐体１の開放側の長手方向半部内には搬送装置として垂直リフト３が設置されている。各加熱室２Ａ〜２Ｄにはヒータが設けられて当該加熱室内を所定温度へ昇温できるようになっており、また各加熱室２Ａ〜２Ｄには真空排気管が連結されて当該加熱室内を所定の真空度に維持できる。さらに加熱室２Ａ〜２Ｄにはアセチレン等の浸炭ガス供給管が連結されて、浸炭処理を行うことができるようになっている。また各加熱室２Ａ〜２Ｄは図略のゲート弁によって垂直リフト３に面する側が開閉できる。

垂直リフト３は上記特許文献１（特表２０１３−５０４６８６）に記載されたものと同様の構造である。すなわち、図４に示すように垂直リフト３は上下方向へ架設された左右一対のチェーン３１１，３１２を備え、チェーン３１２には水平なプラットホーム３１３が装着されている。プラットホーム３１３上にはギア機構３３が設けられて当該ギア機構３３の入力側はチェーン３１１に連結されている。また、プラットホーム３２上には側方へ二段で伸縮可能なフォーク体３４，３５が配設されており、これらフォーク体３４，３５は上記ギア機構３３の出力側に連結されて伸縮駆動されるようになっている。

ワークは例えば格子状のトレイ上に複数が平面状に配置されてフォーク体３５上に載置される。ワークを上下方向へ搬送する場合には両チェーン３１１，３１２を同時に作動させて、プラットホーム３１３を所定の加熱室２Ａ〜２Ｄに対向する位置へ昇降させる。この後、チェーン３１２を停止してチェーン３１１のみを作動させ、ギア機構３３を介してフォーク３４，３５を側方へ伸長させて、加熱室２Ａ〜２Ｄ内へワークを載せたトレイを挿入し、ないし処理後のワークを載せたトレイを加熱室２Ａ〜２Ｄ内から取り出す。なお、上記フォーク３４，３５は後述するガス冷却室４内へも伸長可能である。

図１において、筐体１の開放部にはガス冷却室４が結合されている。ガス冷却室４には真空排気管が連結されるとともに窒素等のガス供給管が連結されている。ガス冷却室４の室内天井部には駆動モータ４１で回転させられる撹拌扇４２が設けられ、その下方には上下方向へ対称形状に延びる左右のフローガイド４３，４４が配設されて、これらフローガイド４３，４４の間の上部位置に熱交換器５が配設されている。ワークＷは熱交換器５下方のフローガイド４３，４４間に装入される。ガス冷却室４内の気体は図１の矢印で示すように、撹拌扇４２によってフローガイド４３，４４間を下方へ流れた後、反転してフローガイド４３，４４の外側を経て再び撹拌扇４２に至り循環させられる。なお、筐体１とガス冷却室４の間の開口には真空扉１１が設けられ、ガス冷却室４のワーク装入開口には真空扉１２が設けられている。

ここで本参考例では、図３に示すように、熱交換器５の入口側に配管５１が連結されており、当該配管５１は途中で三本に分岐して、それぞれ電磁弁６１，６２，６３を介して常温エアの供給管５２、温水供給管５３、冷水供給管５４に接続されている。熱交換器５の出口側には排出管５５が連結されている。なお、電磁弁６１〜６３、エア供給管５２および温水供給管５３は冷却能力軽減手段を構成している。

本参考例において、真空加熱室２Ａ〜２Ｄで所定の熱処理を行った後にガス冷却室４にワークＷを装入し、電磁弁６３を開放して熱交換器５に冷水を供給して循環風の温度を十分に下げ、ワークＷの急速冷却を行う（図４のＡ領域）。この急速冷却時にはワークＷの表層部の温度（線ｘ）が中心部の温度（線ｙ）より低くなって温度差が生じる。

そこで、ワークＷの温度がマルテンサイト変態点の直上付近まで低下したところで、電磁弁６３を閉鎖し、電磁弁６１を開放してエアパージにて冷水を排出し冷却能力を落とす。さらに電磁弁６２を開放して温水を供給して一時的に熱交換器５の冷却能力を低減させる。これにより、ワークＷの表層部と中心部の温度が次第に接近して（図４のＢ領域）内外部の温度差が殆ど無くなる。その後、電磁弁６２を閉鎖し、電磁弁６１を開放してエアパージで温水を排出し、再び電磁弁６３を開放して熱交換器５に冷水を供給することによって再び冷却を行う（図４のＣ領域）。このようにして、マルクエンチ処理が可能となる。

（第２参考例）
本発明の第２参考例を図５に示す。第１参考例ではワークＷの上方に熱交換器５が位置しているが、本参考例ではワークＷと熱交換器５の位置を上下入れ替えている。図５において、左右のフローガイド４３，４４の、熱交換器５の上方でワークＷが装入される領域の下方に位置するガイド面にバイパス開口４３１，４４１が設けられ、これら開口４３１，４４１に開閉扉４５，４６が設置されている。図５は開閉扉４５，４６を開放した状態を示しており、開放扉４５，４６は下端を中心に回動して図の鎖線で示すように開口４３１，４４１を閉鎖することができる。なお、本参考例では熱交換器５は冷水等の冷媒が供給されてクーラとなっている。

フローガイド４３，４４間の下端開口４７内には開口形状とほぼ同形状の閉鎖板７１が配設されている。閉鎖板７１はその下面中心が、ガス冷却室４の底壁に設けた昇降シリンダ７２の、上下方向へ延びるロッド７３の先端に固定されており、図５に実線で示すような、フローガイド４３，４４間の開口４７を閉鎖した状態から、昇降シリンダ７２によって下降させられて、鎖線で示すように開口４７を開放することができる。他の構造は第１参考例と同様である。なお、開閉扉４５，４６および閉鎖板７１は冷却能力軽減手段を構成している。

このような本参考例において、開閉扉４５，４６で開口４３１，４４１を閉鎖するとともに、閉鎖板７１を下降させて開口４７を開放することによって（図５の鎖線）、第１参考例で説明したのと同様に循環する冷却風によってワークＷが急速冷却される。ワークＷの温度が変態点の直上付近まで低下した後はワークＷの温度を保持し、内外部の温度差を小さくするために冷却能力を低減させる必要があり、この場合には開閉扉４５，４６を開放するとともに閉鎖板７１を上昇させて開口４７を閉じる（図５の実線）。これにより、冷却風は熱交換器５の直上位置で向きを変えて開口４３１，４１４からフローガイド４３，４４外へ流出して、熱交換器５の方向へは殆ど流れない。これによって、ワークＷの表層部が過度に冷却されることはなくなり、ワークＷの表層部と中心部の温度が次第に接近して温度差が殆ど解消される。この後は、再び開閉扉４５，４６で開口４３１，４４１を閉鎖するとともに、閉鎖板７１を下降させて開口４７を開放してワークの冷却を行う。本参考例によっても第１参考例と同様の効果を得ることができる。

（第３参考例）
本参考例を図６に示す。本参考例も第２参考例と同様に熱交換器５の上方にワークＷが位置している。図６において、外部ダクト７４を設けて、その下端を、ガス冷却室４の側壁を貫通させて、熱交換器５の上方でワークＷの下方に位置する、フローガイド４４のガイド面に開口させるとともに、外部ダクト７４の上端をフローガイド４４の外側のガス冷却室４の側壁に開口させてある。外部ダクト７４には途中に開閉弁７５と加熱装置７６が設けられている。フローガイド４３，４４間の下端開口４７内には第２参考例と同構造の閉鎖板７１が設けられている。なお、本参考例では閉鎖板７１、開閉弁７５および加熱装置７６が冷却能力軽減手段を構成している。

本参考例において、閉鎖板７１が下降して開口４７を開放した状態では第２参考例と同様にワークの急速冷却が行われる。一方、図６に示すように閉鎖板６１を上昇させて開口４７を閉鎖した状態で開閉弁７５を開放すると、ワークＷを通過した冷却ガスはクーラとして機能する熱交換器５の直上位置で向きを変えて熱交換器５へは殆ど流れず、外部ダクト７４へ流入して途中の加熱装置７６で温められてガス冷却室４内の上方へ戻される。これによって、ワークの表層部が過度に冷却されることがなくなり、ワークの表層部と中心部の温度が次第に接近して温度差が殆ど解消される。なお、この場合、熱交換器５への冷媒の供給を止めるようにしても良い。この後は、閉鎖板７１を再び下降させるとともに開閉弁７５を閉鎖してワークを冷却する。本参考例によっても第１参考例と同様の効果を得ることができる。

（第４参考例）
図７に本発明の第４参考例を示す。本参考例ではガス冷却室４の室壁が二重壁の熱交換部材たるウォータジャケット８になっている。なお、図示を省略したが、ガス冷却室４内には撹拌扇およびフローガイドが設けられて、当該撹拌扇によって生じる循環風でワークが冷却されるようになっている。

本参考例では、エア供給管８１、温水供給管８２、冷水供給管８３がそれぞれ電磁弁８４，８５，８６を介してウォータジャケット８に連結されている。電磁弁８４〜８６、エア供給管８１および温水供給管８２は冷却能力軽減手段を構成している。ウォータジャケット８にはまた排出管８７が連結されている。

本参考例において、筐体１内の真空加熱室２Ａ〜２Ｄ（図１参照）で所定の熱処理を行った後にガス冷却室４にワークを装入し、電磁弁８６を開放してウォータジャケット８に冷水を供給して循環風の温度を十分に下げ、ワークの急速冷却を行う。変態点の直上付近までワークの温度が低下したところで、電磁弁８６を閉鎖し、電磁弁８４を開放してエアパージにて冷水を排出し冷却能力を落とす。さらに電磁弁８５を開放して温水を供給して一時的にガス冷却室４の冷却能力を低減させる。これにより、ワークの表層部と中心部の温度が次第に接近して内外部の温度差が殆ど無くなる。その後、電磁弁８５を閉鎖し、電磁弁８４を開放してエアパージで温水を排出し、再び電磁弁８６を開放してウォータジャケット８に冷水を供給することによって再び冷却を行う。このようにして、マルクエンチ処理が可能となる。

（第５参考例）
本参考例では図８に示すように、ガス冷却室４の室壁の周囲にシーズヒータ９を設置して冷却能力軽減手段としている。図示を省略しているガス冷却室４内の構成は第１参考例と基本的に同様であるが、熱交換器５（図１参照）は冷水等の冷媒が供給されてクーラとなっている。

このような構成において、筐体１内の加熱室１Ａ〜１Ｄで加熱されたワークは、ガス冷却室４にて、循環する冷却風によって急速冷却される。ワークの温度が変態点の直上付近まで低下した後はワークの内外部の温度差を小さくするために冷却能力を低減させる必要があり、この場合には熱交換器５への冷媒供給を停止するとともにシーズヒータ９に通電してガス冷却室４全体を暖めることによってワークの表層部が過度に冷却されるのを防止する。なお、熱交換器５への冷媒供給は必ずしも停止する必要はない。これにより、ワークの表層部と中心部の温度が次第に接近してその温度差が殆ど解消される。この後はシーズヒータ９への通電を停止し、熱交換器５に冷媒を供給して再びワークを冷却する。本参考例によっても第１参考例と同様の効果を得ることができる。

（第１実施形態）
本実施形態においては、筐体１内に複数設けた加熱室２Ａ〜２Ｄのうち、一つの加熱室２Ｄの温度を他の加熱室２Ａ〜２Ｃに比して充分低い変態点の直上付近の温度に維持した低温加熱室（例えば３００℃）としている。この場合、ガス冷却室４内の構成は第１参考例と基本的に同様であるが、熱交換器５（図１参照）は冷水等の冷媒が供給されたクーラとする。

本実施形態において、加熱室２Ａ〜２Ｃで加熱されたワークは、ガス冷却室４にて、循環する冷却風によって急速冷却され、ワークの表層部と中心部の間に温度差が生じる。ワークの温度が変態点の直上付近まで低下した後は、ワークを低温加熱室となった加熱室２Ｄに搬送する。加熱室２Ｄは予めヒータで低温に保持されているので、ワークの表層部と中心部の温度が次第に接近して内外部の温度差が殆ど無くなる。この後は再びガス冷却室４でワークを冷却する。なお、加熱室２Ｄのヒータをオフにしておき、あるいは加熱室に代えて待機室等を使用することができる。本実施形態によっても第１参考例と同様の効果を得ることができる。

２Ｄ…加熱室（冷却能力低減手段）、４５，４６…開閉扉（冷却能力低減手段）、５…熱交換器（熱交換部材）、５２…エア供給管（冷却能力低減手段）、５３…温水供給管（冷却能力低減手段）、６１，６２，６３…電磁弁（冷却能力低減手段）、７１…閉鎖板（冷却能力低減手段）、７５…開閉弁（冷却能力低減手段）、７６…加熱装置（冷却能力低減手段）、８…ウォータジャケット（熱交換部材）、８１…エア供給管（冷却能力低減手段）、８２…温水供給管（冷却能力低減手段）、８４，８５，８６…電磁弁（冷却能力低減手段）、９…シーズヒータ（冷却能力低減手段）。

Claims

複数の真空加熱室とこれら真空加熱室内へワークを出し入れする搬送装置とを、一端が開放する筐体内に収納し、当該筐体の開放部に気密的にガス冷却室を連結した真空焼入れ処理設備において、前記複数の真空加熱室のうちの一つを相対的に温度の低い低温加熱室とし、必要時に前記ガス冷却室から前記ワークを前記低温加熱室へ搬送することを特徴とする真空焼入れ処理方法。