JP7163642B2 - Carburizing and quenching equipment and carburizing and quenching method - Google Patents

Carburizing and quenching equipment and carburizing and quenching method Download PDF

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Description

本発明は、浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carburizing and quenching apparatus and a carburizing and quenching method.

鋼は炭素を固溶させると、硬さが向上することが知られている。一方、鋼は常温では炭素を0.02%までしか固溶させることができないため、温度を900℃以上に上げることで、鋼の相をオーステナイト相に変態させ、炭素を固溶させる必要がある。その後は、焼入れ処理において、高温から急冷することで、マルテンサイト相に変態させ、炭素を結晶に固溶させたまま、硬さが向上した鋼を常温で使用できるようになる。このため、高温で浸炭処理を行う工程、続いて焼入れ処理に適した温度まで降温する冷却工程、および焼入れを行う工程を連続的に行う浸炭焼入れ方法が一般的によく実施されている。 It is known that the hardness of steel is improved by dissolving carbon therein. On the other hand, since steel can only dissolve up to 0.02% of carbon at room temperature, it is necessary to raise the temperature to 900°C or higher to transform the phase of steel into the austenite phase and dissolve carbon. . After that, in the quenching treatment, the steel is transformed into the martensitic phase by quenching from a high temperature, and the steel with improved hardness can be used at room temperature while the carbon remains dissolved in the crystal. For this reason, a carburizing and quenching method in which a step of carburizing treatment at a high temperature, followed by a cooling step in which the temperature is lowered to a temperature suitable for quenching treatment, and a step of performing quenching are performed in succession is generally often practiced.

このような浸炭焼入れ方法の改良として、例えば、特許文献1には、低炭素鋼からなる素材の非鍛造品でありながら、オーステナイト結晶粒度が♯10以上の炭素鋼を得ることができる浸炭焼入れ方法が開示されている。この方法では、第1工程でオーステナイト化温度以上に加熱して浸炭を行い、第2工程でオーステナイト化温度未満に冷却し、第3工程で再度、オーステナイト化温度直上に急速加熱を行い、オーステナイト結晶粒を微細に制御し、第4工程で焼入れを行う。第3工程(再加熱工程)での加熱には高周波輪郭加熱が推奨されている。高温に保持すると、結晶粒はその保持時間に応じて成長する特徴があるところ、高周波輪郭加熱による短時間での急速加熱により、オーステナイト結晶粒の成長を抑え、結晶粒の微細化による強度特性の向上効果が最大に得られるためである。 As an improvement of such a carburizing and quenching method, for example, Patent Document 1 discloses a carburizing and quenching method that can obtain carbon steel having an austenite grain size of #10 or more while being a non-forged product of a raw material made of low-carbon steel. is disclosed. In this method, carburizing is performed by heating to the austenitizing temperature or higher in the first step, cooling to below the austenitizing temperature in the second step, and rapid heating to just above the austenitizing temperature again in the third step to obtain austenite crystals. The grains are finely controlled, and quenching is performed in the fourth step. High-frequency contour heating is recommended for heating in the third step (reheating step). When held at a high temperature, crystal grains grow according to the holding time, but rapid heating in a short time by high-frequency contour heating suppresses the growth of austenite crystal grains and improves the strength characteristics by refining the crystal grains. This is because the improvement effect can be maximized.

特開2005-48292号公報JP-A-2005-48292

本発明の発明者等は、高周波輪郭加熱には新たな設備投資が必要なため、浸炭炉を利用して、特許文献1の方法に基づく量産化を行った場合、得られる複数の部品において通常の浸炭焼入れに比べて寸法精度が低下することを見い出した。詳しくは、特許文献1の方法において、図6および図7に示すように、各トレイ101に複数の部品102を載置して、両側にある加熱源(連続浸炭炉)103の間を搬送しながら、当該複数の部品を同時に第3工程(再加熱工程)に供した場合、寸法精度が低下した。図6は、従来の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)を示す模式的平面図を示す。図7は、従来の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)におけるトレイおよび当該トレイに載置されて搬送される複数の部品を示す模式的側面図を示す。 The inventors of the present invention believe that since high-frequency contour heating requires new equipment investment, when mass production is performed based on the method of Patent Document 1 using a carburizing furnace, the obtained parts usually It was found that the dimensional accuracy is lower than that of carburizing and quenching. Specifically, in the method of Patent Document 1, as shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of parts 102 are placed on each tray 101 and conveyed between heating sources (continuous carburizing furnaces) 103 on both sides. However, when the plurality of parts were subjected to the third step (reheating step) at the same time, the dimensional accuracy was lowered. FIG. 6 is a schematic plan view showing the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in a conventional carburizing and quenching apparatus. FIG. 7 shows a tray and a plurality of parts placed and conveyed on the tray in the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in a conventional carburizing and quenching apparatus. 1 shows a schematic side view of FIG.

詳しくは、連続浸炭炉による加熱は、高周波輪郭加熱と比較して、加熱に長時間を要する。加熱時間は長いほど、結晶粒は成長して大きくなる。結晶粒は大きいほど、焼入れ性が高くなり、オーステナイト相のマルテンサイト相への変態による体積膨張が大きくなる。
このため、例えば、加熱源に近い部品と加熱源から遠い部品との間では、加熱速度に差が生じるため、結晶粒の成長時間にも差が生じ、得られる複数の部品間で、変形量が大きくばらついた。
また例えば、1つの部品においても、加熱源に近い面と加熱源から遠い面との間では、加熱速度に差が生じ、結晶粒の成長時間にも差が生じ、変形量が異なるため、結果として、得られる部品の中で、発生する熱処理ひずみが大きくなり変形量が大きくなった。
Specifically, heating by a continuous carburizing furnace requires a long time for heating compared to high-frequency contour heating. The longer the heating time, the larger the crystal grains grow. The larger the crystal grains, the higher the hardenability and the larger the volume expansion due to the transformation of the austenite phase to the martensite phase.
For this reason, for example, there is a difference in the heating rate between a part near the heat source and a part far from the heat source, which causes a difference in the growth time of crystal grains. varied greatly.
Also, for example, even in one part, the surface near the heat source and the surface far from the heat source have different heating rates, different crystal grain growth times, and different amounts of deformation. As a result, the generated heat treatment strain increased and the amount of deformation increased in the obtained parts.

本発明は、寸法精度により十分に優れた部品を、より十分に低コストで、量産することができる浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a carburizing and quenching apparatus and a carburizing and quenching method that can mass-produce parts with sufficiently excellent dimensional accuracy at sufficiently low cost.

本発明は、
鋼鉄からなる部品の浸炭焼入れ装置であって、
前記浸炭焼入れ装置は複数の前記部品を載置および搬送するためのトレイを含み、
前記トレイは、前記複数の部品と加熱源との間に、前記加熱源からの輻射熱を遮蔽する遮蔽板を有する、浸炭焼入れ装置に関する。
The present invention
An apparatus for carburizing and quenching parts made of steel, comprising:
The carburizing and quenching device includes a tray for placing and transporting the plurality of parts,
The tray relates to a carburizing and quenching apparatus having a shielding plate between the plurality of parts and a heat source for shielding radiant heat from the heat source.

本発明はまた、
鋼鉄からなる部品の浸炭焼入れ方法であって、
複数の前記部品を載置および搬送するためのトレイを用い、
前記トレイは、前記複数の部品と加熱源との間に、前記加熱源からの輻射熱を遮蔽する遮蔽板を有する、浸炭焼入れ方法に関する。
The present invention also provides
A method for carburizing and quenching a part made of steel, comprising:
Using a tray for placing and transporting the plurality of parts,
The tray relates to a carburizing and quenching method, wherein the tray has a shield plate between the plurality of parts and the heat source for shielding radiant heat from the heat source.

浸炭後に部品に与える熱履歴により結晶を微細化する、あるいは粗大化を防ぐ場合に
本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法では、浸炭炉を利用して量産化を行っても、同時に処理される複数の部品間および個々の部品における加熱源に近い面と遠い面との間で、熱処理変形量の差が大きくなることを、より十分に防止できる。その結果として、得られる複数の部品間における寸法精度の低下を、より十分に防止することができる。
本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法では、浸炭焼入れに必要不可欠な既存の設備を利用して量産化を行うため、コスト性能により十分に優れている。
In the case of refining crystals or preventing coarsening by the heat history given to parts after carburizing, the carburizing and quenching apparatus and the carburizing and quenching method of the present invention can be processed at the same time even if mass production is performed using a carburizing furnace. It is possible to sufficiently prevent the difference in the amount of heat treatment deformation from increasing between a plurality of parts and between a surface near the heat source and a surface far from the heat source in each part. As a result, it is possible to more sufficiently prevent a decrease in dimensional accuracy between the plurality of parts obtained.
The carburizing and quenching apparatus and the carburizing and quenching method of the present invention are sufficiently superior in terms of cost performance because they are mass-produced using existing equipment that is indispensable for carburizing and quenching.

本発明の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)の一例を示す模式的平面図を示す。FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of a third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in the carburizing and quenching apparatus of the present invention. 本発明の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)の別の一例を示す模式的平面図を示す。FIG. 4 is a schematic plan view showing another example of the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in the carburizing and quenching apparatus of the present invention. 本発明の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)のまた別の一例を示す模式的平面図を示す。FIG. 10 is a schematic plan view showing still another example of the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in the carburizing and quenching apparatus of the present invention. 本発明の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)におけるトレイおよび当該トレイに載置されて搬送される複数の部品を示す模式的側面図を示す。Schematic showing a tray and a plurality of parts placed on the tray and conveyed in the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in the carburizing and quenching apparatus of the present invention. A side view is shown. 実施例の浸炭焼入れ装置における第3工程(再加熱工程)を示す模式的平面図を示す。FIG. 4 shows a schematic plan view showing the third step (reheating step) in the carburizing and quenching apparatus of the example. 実施例の浸炭焼入れ装置の各工程におけるヒートパターンを示す。The heat pattern in each step of the carburizing and quenching apparatus of the example is shown. 実施例の浸炭焼入れ装置により得られた複数の部品の評価結果を示す。Evaluation results of a plurality of parts obtained by the carburizing and quenching apparatus of the example are shown. 実施例の浸炭焼入れ装置における連続炉の輪切り断面であって、トレイの搬送方向の真正面から連続炉内部を見たときの模式的断面図を示す。FIG. 4 is a cross-section of the continuous furnace in the carburizing and quenching apparatus of the example, showing a schematic cross-sectional view when the inside of the continuous furnace is viewed from the front in the conveying direction of the tray. 比較例の浸炭焼入れ装置における第3工程(再加熱工程)を示す模式的平面図を示す。The schematic plan view which shows the 3rd process (reheating process) in the carburizing hardening apparatus of a comparative example is shown. 比較例の浸炭焼入れ装置により得られた複数の部品の評価結果を、実施例の評価結果とともに示す。The evaluation results of a plurality of parts obtained by the carburizing and quenching apparatus of the comparative example are shown together with the evaluation results of the example. 参考例の浸炭焼入れ装置の各工程におけるヒートパターンを示す。The heat pattern in each step of the carburizing and quenching apparatus of the reference example is shown. 参考例の浸炭焼入れ装置により得られた複数の部品の評価結果を、実施例の評価結果とともに示す。The evaluation results of a plurality of parts obtained by the carburizing and quenching apparatus of the reference example are shown together with the evaluation results of the example. 従来の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)を示す模式的平面図を示す。A schematic plan view showing a third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in a conventional carburizing and quenching apparatus. 従来の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)におけるトレイおよび当該トレイに載置されて搬送される複数の部品を示す模式的側面図を示す。Schematic side view showing a tray and a plurality of parts placed on the tray and conveyed in the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in a conventional carburizing and quenching apparatus Figure shows.

本発明の浸炭焼入れ装置は鋼鉄からなる複数の部品を処理するための量産性に優れた装置である。鋼鉄は炭素を含む鉄の合金であり、例えば、肌焼鋼のうち、炭素鋼(特に、低炭素鋼)、特殊鋼(ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、マンガン鋼)からなる群から選択される。好ましい鋼鉄は特殊鋼、特にクロム鋼である。 The carburizing and quenching apparatus of the present invention is an apparatus excellent in mass productivity for processing a plurality of parts made of steel. Steel is an alloy of iron that contains carbon. ). Preferred steels are special steels, especially chromium steels.

本発明の浸炭焼入れ装置で処理される部品は、強度、特に強度と寸法精度が要求される部品および製品であってよく、例えば、自動車用部品が挙げられる。自動車用部品は、より良好な強度とより精密な寸法精度が要求される観点から、動力伝達部品が好ましい。動力伝達部品として、例えば、ギヤ(歯車)、シャフト(歯車一体のものを含む)、スプロケット等が挙げられる。本発明においては、要求される強度が高い手動変速機の最終減速駆動用ギヤシャフトに対して、強度と寸法精度の両立化をより有効に得ることができる。 The parts to be treated by the carburizing and quenching apparatus of the present invention may be parts and products that require strength, particularly strength and dimensional accuracy, such as automotive parts. Automobile parts are preferably power transmission parts from the viewpoint that higher strength and higher dimensional accuracy are required. Examples of power transmission parts include gears (gears), shafts (including those integrated with gears), sprockets, and the like. In the present invention, it is possible to more effectively achieve both strength and dimensional accuracy in the final reduction drive gear shaft of a manual transmission, which requires high strength.

本発明の浸炭焼入れ装置では通常、浸炭処理を行う第1工程、冷却する第2工程、加熱する第3工程、および焼入れ処理を行う第4工程が実施される。本発明の浸炭焼入れ装置が後述するように浸炭処理手段としてガス浸炭手段を含む場合、当該浸炭焼入れ装置は連続ガス浸炭炉を含んでもよい。連続ガス浸炭炉は、浸炭を行うための炉であり、第1工程~第3工程、好ましくは第1工程~第4工程を連続的に実施することができる。 The carburizing and quenching apparatus of the present invention normally carries out a first step of carburizing, a second step of cooling, a third step of heating, and a fourth step of hardening. When the carburizing and quenching apparatus of the present invention includes gas carburizing means as the carburizing treatment means as described later, the carburizing and quenching apparatus may include a continuous gas carburizing furnace. A continuous gas carburizing furnace is a furnace for carburizing, and can continuously perform the first to third steps, preferably the first to fourth steps.

第1工程は浸炭工程であり、複数の部品をオーステナイト化温度以上に加熱して浸炭を行う工程である。浸炭は炭素を材料に固溶させる熱処理である。浸炭は強度の観点から、表面炭素濃度が共析点付近(0.7~0.9%)に設定されるように行われることが好ましい。 The first step is a carburizing step, in which a plurality of parts are heated above the austenitizing temperature to carburize them. Carburizing is a heat treatment that causes carbon to form a solid solution in the material. From the viewpoint of strength, carburizing is preferably carried out so that the surface carbon concentration is set near the eutectoid point (0.7 to 0.9%).

浸炭処理手段としては、ガス浸炭、真空浸炭あるいはプラズマ浸炭等が適宜利用される。浸炭は、コストと量産性の観点から、ガス浸炭や真空浸炭が好ましい。特にガス浸炭の場合、加熱温度は浸炭反応が起こる限り特に限定されず、生産性の観点からは材料の融点を超えない限り高い温度で行うことが好ましい。一方、品質の観点からは高温に長時間さらされた鋼の結晶は粗大化し、機械的特性を損ねるため、得られる品質の観点からはより低温で浸炭を行うことが好ましい。例えば、動力伝達部品(特に手動変速機の最終減速駆動用ギヤシャフト)を得る場合、生産性と機械的特性(強度)の両立の観点から、加熱温度は、例えば、オーステナイト化温度をTos(℃)としたとき、Tos+120~Tos+180(℃)、特にTos+140~Tos+160(℃)であってもよい。加熱は炉内の温度(例えば、連続ガス浸炭炉内の浸炭処理ゾーンの温度)を調整することにより達成することができる。 As carburizing means, gas carburizing, vacuum carburizing, plasma carburizing, or the like is appropriately used. Carburizing is preferably gas carburizing or vacuum carburizing from the viewpoint of cost and mass productivity. Particularly in the case of gas carburizing, the heating temperature is not particularly limited as long as the carburizing reaction occurs, and from the viewpoint of productivity, it is preferable to use a high temperature as long as the melting point of the material is not exceeded. On the other hand, from the viewpoint of quality, the crystals of steel exposed to high temperatures for a long period of time become coarse, impairing the mechanical properties. For example, when obtaining a power transmission part (especially a gear shaft for driving the final reduction of a manual transmission), from the viewpoint of compatibility between productivity and mechanical properties (strength), the heating temperature is set, for example, to the austenitizing temperature of Tos (° C. ), it may be Tos+120 to Tos+180 (° C.), particularly Tos+140 to Tos+160 (° C.). Heating can be achieved by adjusting the temperature within the furnace (eg, the temperature of the carburizing zone in a continuous gas carburizing furnace).

第2工程は、オーステナイト化温度未満に冷却する工程である。本工程での冷却と後述の第3工程での加熱で再度オーステナイト化を行うことにより、浸炭中に高温下に長時間さらされたオーステナイト結晶粒を再度析出させることで、オーステナイト結晶粒の微粒化(オーステナイト結晶粒度が#10以上)が実現できる。これらの結果として、第2工程および第3工程を行わなかった場合と比較して、強度がより十分に向上する。 The second step is cooling below the austenitizing temperature. By performing austenitization again by cooling in this step and heating in the third step described later, the austenite crystal grains that have been exposed to high temperatures for a long time during carburization are reprecipitated, thereby refining the austenite grains. (Austenite grain size is #10 or more) can be realized. As a result of these, the strength is more sufficiently improved as compared with the case where the second step and the third step are not performed.

冷却温度は通常、浸炭後表面炭素濃度でのオーステナイト化温度をTos1(℃)としたとき、Tos1-400~Tos1-600(℃)、特にTos1-500~Tos1-580(℃)である。このような冷却温度までの冷却に要する時間(降温時間)通常、30~10分間であってもよい。ただしこの時、急冷を行うとマルテンサイト変態によるひずみが発生するため、急速冷却することはできない。冷却は冷却室を準備し窒素に代表される常温の不活性ガスを充填、撹拌することで達成することができる。上記冷却温度範囲において、Tos1は、本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法に供される部品の鋼鉄素材のオーステナイト化温度Tosであってもよい。 The cooling temperature is usually Tos1-400 to Tos1-600 (°C), particularly Tos1-500 to Tos1-580 (°C), where Tos1 (°C) is the austenitizing temperature at the surface carbon concentration after carburization. The time required for cooling to such a cooling temperature (cooling time) may generally be 30 to 10 minutes. However, at this time, rapid cooling cannot be performed because strain due to martensitic transformation occurs if rapid cooling is performed. Cooling can be achieved by preparing a cooling chamber, filling it with an inert gas at normal temperature such as nitrogen, and stirring. In the above cooling temperature range, Tos1 may be the austenitizing temperature Tos of the steel material of the part to be subjected to the carburizing and quenching apparatus and carburizing and quenching method of the present invention.

第3工程は、オーステナイト化温度以上、特にオーステナイト化温度の直上に加熱する工程である。加熱温度は通常、非浸炭部の焼入れを前提とすると、素材炭素濃度でのオーステナイト化温度をTos2(℃)としたとき、部品温度で、Tos2+20~Tos2+60(℃)、特にTos2+30~Tos2+50(℃)とすることが好ましい。設備の設定温度としては、冷却された処理品の加熱を速やかに行うため、僅かにこの温度より高い設定を取っておくことが好ましく、具体的にはTos2+50~Tos2+100(℃)、特にTos2+60~Tos2+80(℃)である。特に浸炭を行う温度より下げて行う必要がある。このような加熱温度までの加熱に要する時間(昇温時間)はオーステナイト相への変態が十分に完了する時間であり、通常、処理品の実体温度が上記の狙いの温度に到達した後、15分~30分間であってもよい。加熱は炉内の温度(例えば、連続ガス浸炭炉内の加熱ゾーンの温度)を調整することにより達成することができる。このような加熱により、オーステナイト結晶粒の微細化がより一層、十分に図られるため、十分な強度が確保される。上記加熱温度範囲および設定温度範囲において、Tos2は、本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法に供される部品の鋼鉄素材のオーステナイト化温度Tosであってもよい。 The third step is heating above the austenitizing temperature, especially just above the austenitizing temperature. Assuming that the non-carburized part is quenched, the heating temperature is generally Tos2 + 20 to Tos2 + 60 (°C), especially Tos2 + 30 to Tos2 + 50 (°C), where Tos2 (°C) is the austenitizing temperature at the material carbon concentration. It is preferable to As the set temperature of the equipment, it is preferable to set the temperature slightly higher than this temperature in order to quickly heat the cooled processed product, specifically Tos2+50 to Tos2+100 (° C.), especially Tos2+60 to Tos2+80. (°C). In particular, it is necessary to lower the temperature below the carburizing temperature. The time required for heating to such a heating temperature (heating time) is the time to sufficiently complete the transformation to the austenite phase. minutes to 30 minutes. Heating can be achieved by adjusting the temperature within the furnace (eg, the temperature of the heating zone within a continuous gas carburizing furnace). By such heating, the austenite crystal grains are further and sufficiently refined, so sufficient strength is ensured. In the above heating temperature range and set temperature range, Tos2 may be the austenitizing temperature Tos of the steel material of the part subjected to the carburizing and quenching apparatus and carburizing and quenching method of the present invention.

本発明の浸炭焼入れ装置は、例えば図1Aに示すように、本工程の加熱手段(加熱源)3を、後述するトレイ1による搬送方向Cの両側に有している。加熱手段として、電気ヒーター加熱炉、ガスバーナー加熱炉等の既存の加熱設備を用いることができる。本発明においては、このような既存の加熱設備を用いる場合であっても、より十分な強度を有する、寸法精度に優れた複数の部品を得ることができる。図1Aは、本発明の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)の一例を示す模式的平面図を示す。 For example, as shown in FIG. 1A, the carburizing and quenching apparatus of the present invention has heating means (heating sources) 3 for this step on both sides in the conveying direction C of trays 1 to be described later. As a heating means, existing heating equipment such as an electric heater heating furnace and a gas burner heating furnace can be used. In the present invention, even when such existing heating equipment is used, a plurality of parts having sufficient strength and excellent dimensional accuracy can be obtained. FIG. 1A shows a schematic plan view showing an example of the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in the carburizing and quenching apparatus of the present invention.

第3工程においては通常、2つ以上のトレイを連続的に進行させつつ、各トレイに載置された複数の部品2を処理する。例えば、連続的に進行する2つのトレイについて、搬送方向Cについて前方のトレイ1に載置された複数の部品の処理と、後方のトレイ1に載置された複数の部品の処理とは連続的処理に相当する。また例えば、同じ1つのトレイ1に載置されている複数の部品の処理は同時処理に相当する。 In the third step, the plurality of parts 2 placed on each tray is usually processed while continuously advancing two or more trays. For example, for two trays that advance continuously, the processing of a plurality of components placed on the front tray 1 in the transport direction C and the processing of a plurality of components placed on the rear tray 1 are continuous. Equivalent to processing. Further, for example, the processing of a plurality of components placed on the same single tray 1 corresponds to simultaneous processing.

第3工程においては通常、図1Aに示すように、複数のトレイ1を隣接させて進行させるが、所定の間隔を空けて進行させてもよい。本発明において、第3工程においては複数のトレイ1を隣接させて進行させることが好ましい。遮蔽板10が、後述するように、平面視において搬送方向Cとは反対方向に開いた形状を有していても、2つの隣接するトレイ1について、搬送方向Cにおいて後方のトレイ1における正面側遮蔽板10bが、前方のトレイ1の複数の部品への輻射熱も遮蔽するためである。「隣接」は、図1Aに示すような互いに「接触状態」にある関係だけでなく、他の工程よりも狭い間隔(例えば、100mm以下、特に10~50mm)を空けた「離隔状態」にある関係も包含する。 In the third step, as shown in FIG. 1A, a plurality of trays 1 are usually advanced adjacent to each other, but they may be advanced at predetermined intervals. In the present invention, it is preferable that the plurality of trays 1 be adjacent to each other in the third step. As will be described later, even if the shielding plate 10 has a shape that is open in the direction opposite to the conveying direction C in a plan view, the two adjacent trays 1 may be placed on the front side of the rear tray 1 in the conveying direction C. This is because the shielding plate 10b also shields the radiant heat from the plurality of parts of the tray 1 in front. "Adjacent" means not only "in contact" with each other as shown in FIG. 1A, but also in a "separated state" with a narrower interval than other processes (for example, 100 mm or less, especially 10 to 50 mm). It also includes relationships.

第3工程において複数のトレイ1を隣接して進行させる場合、例えば、図1Bおよび図1Cに示すように、第3工程における最も前方のトレイ1'が第3工程を終えるとき、当該トレイ1'は進行速度を上げて第3工程部から出た後、進行速度を下げる(戻す)。これと同時に、新たなトレイ1''''は進行速度を上げて第3工程部に入った後、進行速度を下げて、これに先行するトレイ1'''と隣接して進行する。図1A~図1Cは、本発明の浸炭焼入れ装置において既存の加熱設備を利用して量産化を行ったときの第3工程(再加熱工程)の経時的変化の一例を示す模式的平面図を示す。図1A~図1Cにおいて、搬送方向(進行方向)Cを示す矢印は、その長さで、速度の大きさも表している。 When advancing a plurality of trays 1 adjacently in the third step, for example, as shown in FIGS. speeds up and exits the third process section, and then slows down (returns). At the same time, the new tray 1'''' speeds up to enter the third step and then slows down to advance next to the preceding tray 1'''. 1A to 1C are schematic plan views showing an example of changes over time in the third step (reheating step) when mass production is performed using existing heating equipment in the carburizing and quenching apparatus of the present invention. show. In FIGS. 1A to 1C, the length of the arrow indicating the conveying direction (advancing direction) C also indicates the magnitude of the speed.

第4工程は、焼入れ処理を行う工程である。焼入れはオーステナイト相の急冷によってマルテンサイト相を得ることを目的に行うものである。マルテンサイト相に変態を起こす際には結晶中に格子欠陥が生まれるため、炭素を強制的に固溶させた状態で常温になる。これによって、炭素を多量に固溶した高硬度の鋼が得られ、処理品の強度を向上させることができる。 The fourth step is a step of quenching. Quenching is performed for the purpose of obtaining the martensite phase by quenching the austenite phase. Lattice defects are generated in the crystal when the martensite phase is transformed, so the temperature becomes room temperature while carbon is forced into a solid solution. As a result, a high-hardness steel in which a large amount of carbon is solid-dissolved can be obtained, and the strength of the treated product can be improved.

焼入れ処理(急冷却)は、オーステナイト相を急速に冷却することが肝要であり、速度が遅ければ、パーライトへ変態して狙いの強度を得られない。そのために、急冷は処理品を冷却剤に接触させることで行われる。例えば冷却剤は水、焼入れ用の油、ソルト、高圧の窒素などの不活性ガスを使用することができる。 In the quenching treatment (rapid cooling), it is essential to rapidly cool the austenite phase. To that end, quenching is accomplished by contacting the treated article with a cooling agent. For example, the coolant can be water, quenching oil, salt, inert gas such as high pressure nitrogen.

冷却剤の供給方法は、部品表面と冷却剤とが接触する限り特に限定されず、例えば、冷却剤中に部品を浸漬する方法であってもよいし、または部品に対して冷却剤を投射する方法であってもよい。均一な処理による部品強度のさらなる向上の観点から、冷却剤を充填した漕の中に部品を浸漬する方法を採用することが好ましい。 The method of supplying the coolant is not particularly limited as long as the surface of the component and the coolant come into contact with each other. It can be a method. From the viewpoint of further improving the strength of the parts by uniform treatment, it is preferable to adopt a method of immersing the parts in a bath filled with a coolant.

本発明においては、第3工程で均熱した後で、第4工程で焼入れ処理を行うことが好ましい。均熱とは、処理品全体をむらなく均一に焼入れに適した温度に保持する事である。ここで焼入れに適した温度とは、処理品がオーステナイト相であるためには材料のオーステナイト化温度以上であることに加え、熱処理ひずみの原因になる熱応力の発生を抑えるため、極力低温であることが必要である。 In the present invention, it is preferable to perform quenching treatment in the fourth step after soaking in the third step. Soaking means to keep the entire processed product uniformly at a temperature suitable for quenching. Here, the temperature suitable for quenching means that in order for the treated product to be in the austenite phase, it must be above the austenitizing temperature of the material, and in addition, it must be as low as possible to suppress the generation of thermal stress that causes heat treatment strain. It is necessary.

本発明においては、第3工程で均熱により、焼入れ処理に適した温度(例えば、830℃)まで降温した後で、第4工程で焼入れ処理を行うことが好ましい。焼入れ処理に適した温度(830℃)まで降温することにより、必要以上に熱応力を発生させないことで、熱処理変形の低減を狙ったものである。焼入れ処理に適した温度は通常、非浸炭部の焼入れを前提とすると、素材炭素濃度でのオーステナイト化温度をTos2(℃)としたとき、Tos2+10~Tos2+50(℃)、特にTos2+20~Tos2+30(℃)である。このような温度までの冷却に要する時間(降温時間)通常、20分間以上であってもよい。冷却は炉内の温度(例えば、連続ガス浸炭炉内の冷却ゾーンの温度)を調整することにより達成することができる。上記焼入れ処理に適した温度範囲において、Tos2は、本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法に供される部品の鋼鉄素材のオーステナイト化温度Tosであってもよい。 In the present invention, it is preferable to perform the quenching treatment in the fourth step after the temperature is lowered to a temperature suitable for the quenching treatment (for example, 830° C.) by soaking in the third step. By lowering the temperature to a temperature (830° C.) suitable for quenching treatment, thermal stress is not generated more than necessary, thereby aiming to reduce heat treatment deformation. The temperature suitable for the quenching treatment is usually Tos2+10 to Tos2+50 (°C), especially Tos2+20 to Tos2+30 (°C), where Tos2 (°C) is the austenitizing temperature at the material carbon concentration, assuming the quenching of the non-carburized portion. is. The time required for cooling to such a temperature (cooling time) may generally be 20 minutes or longer. Cooling can be achieved by adjusting the temperature within the furnace (eg, the temperature of the cooling zone within a continuous gas carburizing furnace). In the temperature range suitable for the quenching treatment, Tos2 may be the austenitizing temperature Tos of the steel material of the part subjected to the carburizing quenching apparatus and the carburizing quenching method of the present invention.

本発明においては、第3工程で焼入れ処理に適した温度(例えば、830℃)で均熱することが好ましい。前述の降温工程直後は、部品(ワーク)の有する熱や、炉内に隣接する温度の違うトレイによって、温度のばらつきが生まれやすい状態である。これを十分な時間で均熱することで、焼入れ開始前の温度ばらつき、ここでは処理トレイに積載した部品間のばらつきと部品の内部で発生するばらつきの両方を低減させ、熱処理変形を左右する冷却速度のばらつきを低減させることが目的である。当該温度での均熱中は脱炭が起こらない様に表面炭素濃度が共析点付近(0.7~0.9%)に設定されるように行われることが必要である。またアンモニア雰囲気下で行ってもよい。これによって浸炭窒化による表面異常層の抑制効果が得られ、表面からの破壊を抑制する効果をえることができる。 In the present invention, soaking is preferably performed at a temperature suitable for quenching treatment (for example, 830° C.) in the third step. Immediately after the temperature lowering step described above, temperature variations are likely to occur due to the heat of the parts (workpieces) and trays with different temperatures adjacent to each other in the furnace. By soaking this for a sufficient time, the temperature variation before the start of quenching, here, the variation between the parts loaded on the processing tray and the variation occurring inside the part, can be reduced. The purpose is to reduce the speed variation. During soaking at this temperature, it is necessary to set the surface carbon concentration near the eutectoid point (0.7 to 0.9%) so that decarburization does not occur. Moreover, you may carry out in an ammonia atmosphere. As a result, the effect of suppressing the formation of an abnormal surface layer due to carbonitriding can be obtained, and the effect of suppressing breakage from the surface can be obtained.

本発明の浸炭焼入れ装置は複数の部品を載置し、かつ搬送するためのトレイ1を含む。本発明において複数の部品は、浸炭焼入れ装置内の少なくとも第3工程、好ましくは第1工程~第3工程、より好ましくは第1工程~第4工程において、トレイ1に載置され、トレイ1を進行させることにより搬送されながら、所定の工程に供される。トレイ1の数は、トレイ1つあたり複数の部品が載置されて搬送される限り、特に限定されず、1つであってもよいし、または2つ以上であってもよい。量産化の観点から、2つ以上、特に3つ以上のトレイが使用されることが好ましい。 The carburizing and quenching apparatus of the present invention includes a tray 1 for placing and transporting a plurality of parts. In the present invention, the plurality of parts are placed on the tray 1 in at least the third step, preferably the first to third steps, more preferably the first to fourth steps in the carburizing and quenching apparatus, and the tray 1 is placed. It is supplied to a predetermined process while being conveyed by advancing. The number of trays 1 is not particularly limited as long as a plurality of components are placed and conveyed per tray, and may be one or two or more. From the viewpoint of mass production, it is preferable to use two or more trays, particularly three or more trays.

トレイ1は当該トレイに立設された遮蔽板10を有する。遮蔽板は、少なくとも第3工程において、当該トレイに載置される複数の部品と、加熱源との間で、当該加熱源からの輻射熱を遮蔽する。これにより、少なくとも第3工程において、加熱源に近い部品と加熱源から遠い部品との間だけでなく、1つの部品における加熱源に近い面と加熱源から遠い面との間においても、均一な加熱処理が可能になる。このため、これらの間で、加熱速度の差および結晶粒の成長時間の差が低減され、結果として、得られる複数の部品間で、変形量がより十分に等しくなり、寸法精度が向上する。一方で、遮蔽板がトレイに形成されることなく、浸炭焼入れ装置本体に形成されて、加熱源から部品への輻射熱を遮蔽すると、遮蔽板自体が加熱源により加熱されて新たな加熱源となり、輻射熱を放射するようになるため、均一な加熱処理を行うことができない。 The tray 1 has a shielding plate 10 erected on the tray. At least in the third step, the shield plate shields radiant heat from the heat source between the plurality of components placed on the tray and the heat source. As a result, in at least the third step, not only between the part near the heat source and the part far from the heat source, but also between the surface near the heat source and the surface far from the heat source in one part, uniform Heat treatment is possible. For this reason, the difference in heating rate and the difference in crystal grain growth time are reduced between them, and as a result, the deformation amounts are more sufficiently equal among the plurality of parts obtained, and the dimensional accuracy is improved. On the other hand, if the shielding plate is not formed on the tray but is formed on the main body of the carburizing and quenching apparatus to block radiant heat from the heat source to the parts, the shielding plate itself is heated by the heat source and becomes a new heat source. Since radiant heat is emitted, uniform heat treatment cannot be performed.

トレイ1は、図1Aに示すように、当該トレイ1に載置される複数の部品2(特に複数の部品2の全て)が平面視において遮蔽板10により取り囲まれるように、遮蔽板10を有している。図1Aに示すように、2つ以上のトレイ1を用いる場合、トレイ1のそれぞれは、当該トレイ1に載置される複数の部品2(特に複数の部品2の全て)が平面視において遮蔽板により取り囲まれるように、遮蔽板10を有していることが好ましい。平面視とは、複数の物品を載置したトレイを水平面に載置してその高さ方向の真上から見たときの状態のことであり、平面図と同意である。遮蔽板10は、トレイ1の側面を隙間なく取り囲んでいてもよい。 As shown in FIG. 1A, the tray 1 has a shielding plate 10 so that the plurality of components 2 (in particular, all of the plurality of components 2) placed on the tray 1 are surrounded by the shielding plate 10 in plan view. is doing. As shown in FIG. 1A, when two or more trays 1 are used, each of the trays 1 has a plurality of parts 2 (especially all of the parts 2) placed on the tray 1 as a shielding plate in plan view. It is preferable to have the shielding plate 10 so that it is surrounded by the . A plan view refers to a state in which a tray on which a plurality of articles are placed is placed on a horizontal surface and viewed from directly above in the height direction, and is the same as a plan view. The shielding plate 10 may surround the sides of the tray 1 without gaps.

トレイ1に載置される複数の部品2(特に複数の部品2の全て)が平面視において遮蔽板により取り囲まれるとは、少なくとも側面視(2つの側面視)(例えば、図2参照)、好ましくは側面視(2つの側面視)および正面視において、当該全ての複数の部品の全部が遮蔽板に隠れているという意味である。側面視とは、複数の物品を載置したトレイを水平面に載置して、その高さ方向の真横方向であって、トレイの搬送方向(すなわち進行方向)Cに対する垂直方向D(図1A参照)から見たときの状態(例えば、図2)のことであり、側面図と同意である。従って、側面視には、搬送方向(すなわち進行方向)Cの両側(D)からの2つの側面視が存在する。正面視とは、複数の物品を載置したトレイを水平面に載置して、本発明の搬送方向(すなわち進行方向)Cに対する反対方向で見たときの状態のことであり、正面図と同意である。載置は、トレイの外観を構成する最大面積の面(平面)を底面にした載置である。なお、トレイ1は必ずしも面からなる外観形状を有さなければならないわけではない。トレイ1は、複数の部品を載置可能な限り、加熱処理の均一性および第4工程で冷却剤による急冷却処理を行う場合における処理の容易性の観点から、例えば、後述のように、平面視において網形状を有していることが好ましい。 That the plurality of components 2 (particularly all of the plurality of components 2) placed on the tray 1 is surrounded by shielding plates in plan view means that at least in side view (two side views) (see, for example, FIG. 2), preferably means that all of the plurality of parts are hidden by the shield plate in side view (two side views) and front view. A side view is a horizontal direction in which a tray on which a plurality of articles are placed is placed on a horizontal plane, and is a direction perpendicular to the conveying direction (i.e., advancing direction) C of the tray (see FIG. 1A). ) (for example, FIG. 2), which is the same as the side view. Therefore, in the side view, there are two side views from both sides (D) of the conveying direction (that is, advancing direction) C. As shown in FIG. A front view is a state when a tray on which a plurality of articles are placed is placed on a horizontal surface and viewed in a direction opposite to the conveying direction (that is, advancing direction) C of the present invention, and is the same as the front view. is. Placement is placement with the surface (flat surface) having the largest area constituting the appearance of the tray as the bottom surface. It should be noted that the tray 1 does not necessarily have to have an external shape consisting of planes. As long as a plurality of parts can be placed on the tray 1, from the viewpoint of uniformity of heat treatment and easiness of treatment in the case of performing rapid cooling treatment with a coolant in the fourth step, for example, as described later, a flat surface is used. It preferably has a mesh shape in appearance.

遮蔽板10は、平面視において、トレイ1に載置される複数の部品2を取り囲む限り、その形状は特に限定されない。遮蔽板10は、例えば、平面視において、閉じた形状を有していてもよいし、または搬送方向Cとは反対方向に開いた形状を有していてもよい。遮蔽板10が、平面視において、閉じた形状を有するとは、遮蔽板10が全体として筒形状を有するという意味である。筒形状は、円筒形状であってもよいし、または四角筒形状等の多角筒形状であってもよい。遮蔽板10が、平面視において、搬送方向Cとは反対方向に開いた形状を有するとは、遮蔽板10が有する全体としての筒形状において、例えば図1A~図1Cおよび図3Aに示すように、搬送方向Cとは反対側の一部または全部が欠落した形状のことである。欠落前の筒形状は、円筒形状であってもよいし、または四角筒形状等の多角筒形状であってもよい。例えば、図1A等に示す遮蔽板10の平面視形状は、「搬送方向Cとは反対方向に開いた形状」の一例であり、遮蔽板10が有する全体としての四角筒形状において、搬送方向Cとは反対側の全部が欠落した形状である。このような図1Aに示す平面視形状を有する遮蔽板10は、側面側遮蔽板10a、10cおよび正面側遮蔽板10bを有している。図3Aは、本発明の浸炭焼入れ装置における第3工程(再加熱工程)を示す模式的平面図の一例を示し、詳しくはトレイ上における遮蔽板および部品の載置状態を示す。 The shape of the shielding plate 10 is not particularly limited as long as it surrounds the plurality of components 2 placed on the tray 1 in plan view. The shielding plate 10 may have, for example, a closed shape or an open shape in a direction opposite to the conveying direction C in plan view. That the shielding plate 10 has a closed shape in plan view means that the shielding plate 10 has a cylindrical shape as a whole. The tubular shape may be a cylindrical shape or a polygonal tubular shape such as a rectangular tubular shape. That the shielding plate 10 has a shape that opens in a direction opposite to the conveying direction C in a plan view means that the overall cylindrical shape of the shielding plate 10 has, for example, as shown in FIGS. 1A to 1C and 3A. , a shape in which part or all of the side opposite to the conveying direction C is missing. The cylindrical shape before chipping may be a cylindrical shape, or may be a polygonal cylindrical shape such as a rectangular cylindrical shape. For example, the plan view shape of the shielding plate 10 shown in FIG. It is a shape in which the entire opposite side is missing. The shielding plate 10 having such a plan view shape shown in FIG. 1A has side shielding plates 10a and 10c and a front shielding plate 10b. FIG. 3A shows an example of a schematic plan view showing the third step (reheating step) in the carburizing and quenching apparatus of the present invention, and specifically shows the shielding plate and parts placed on the tray.

遮蔽板10が、平面視において、搬送方向Cとは反対方向に開いた形状を有することは、上記したように、第3工程において、複数のトレイ1が隣接して進行する場合において特に有効である。例えば、2つのトレイ1が隣接して進行する場合、搬送方向Cにおいて後方のトレイ1における正面側遮蔽板10bが、前方のトレイ1に載置された複数の部品への輻射熱も遮蔽するため、遮蔽板の材料の使用量を節約できる。 The shielding plate 10 having a shape that opens in the direction opposite to the conveying direction C in a plan view is particularly effective in the case where a plurality of trays 1 advance adjacently in the third step, as described above. be. For example, when two trays 1 advance side by side, the front side shielding plate 10b of the rear tray 1 in the transport direction C also shields the radiant heat from a plurality of components placed on the front tray 1. The amount of material used for the shielding plate can be saved.

遮蔽板10の高さH(図2参照)は、均一な加熱処理が達成される限り特に限定されず、例えば、部品2の積載高さ以上であってもよい。遮蔽板10の高さは、より均一な加熱処理の観点から、部品2の積層高さをh(mm)としたとき、好ましくは1.0×h~1.2×hであり、より好ましくは1.0×h~1.1×hである。遮蔽板10の高さが高すぎても、より均一な加熱処理は達成され難い。 The height H (see FIG. 2) of the shield plate 10 is not particularly limited as long as uniform heat treatment is achieved, and may be, for example, equal to or higher than the height of the parts 2 stacked. From the viewpoint of more uniform heat treatment, the height of the shielding plate 10 is preferably 1.0×h to 1.2×h, more preferably 1.0×h to 1.2×h, where h (mm) is the stacked height of the component 2. is between 1.0×h and 1.1×h. Even if the height of the shielding plate 10 is too high, it is difficult to achieve a more uniform heat treatment.

遮蔽板10の厚みは、均一な加熱処理(特に結晶粒の微細化)が達成される限り特に限定されない。遮蔽板10の厚みは、より均一な加熱処理(特に結晶粒のさらなる微細化)の観点から、好ましくは2~8mm、より好ましくは4~6mmである。遮蔽板10をこのような厚みとすることにより、遮蔽板10が適度な熱容量を有するようになり、加熱の長時間化が回避されるため、結晶粒のさらなる微細化の観点から好ましい。 The thickness of shielding plate 10 is not particularly limited as long as uniform heat treatment (especially refinement of crystal grains) is achieved. The thickness of the shielding plate 10 is preferably 2 to 8 mm, more preferably 4 to 6 mm, from the viewpoint of more uniform heat treatment (especially further refinement of crystal grains). By setting the shielding plate 10 to such a thickness, the shielding plate 10 has an appropriate heat capacity and heating time is avoided, which is preferable from the viewpoint of further miniaturization of crystal grains.

遮蔽板10を構成する材料は輻射熱を遮蔽できる限り特に限定されず、処理中の最高温度である浸炭温度に十分耐えることが必要不可欠である。遮蔽板10を構成する材料として、例えば、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系、及び析出硬化系の耐熱鋼またはステンレス材が挙げられる。中でも、遮蔽板10はオーステナイト系耐熱鋼で構成されていることが好ましい。オーステナイト系鋼材は、温度による変態が発生せず、耐熱性が良いことに加え、透磁率が低く、輻射熱の遮断効果が高いため、熱処理変形抑制を効果的に行うことができる。 The material constituting the shielding plate 10 is not particularly limited as long as it can shield the radiant heat, and it is essential that it sufficiently withstands the carburizing temperature, which is the highest temperature during processing. Examples of the material forming the shielding plate 10 include martensitic, ferritic, austenitic, and precipitation hardened heat-resistant steels and stainless steels. Among others, the shielding plate 10 is preferably made of austenitic heat-resistant steel. Austenitic steel does not undergo transformation due to temperature, has good heat resistance, has low magnetic permeability, and has a high radiant heat shielding effect, so that heat treatment deformation can be effectively suppressed.

トレイ1を構成する材料は、第1工程~第4工程にわたって、部品を保持できる限り特に限定されず、例えば、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系、及び析出硬化系の耐熱鋼等が挙げられる。中でも、トレイ1はオーステナイト系耐熱鋼で構成されていることが好ましい。 The material constituting the tray 1 is not particularly limited as long as it can hold the parts over the first to fourth steps, and examples thereof include martensitic, ferritic, austenitic, and precipitation hardened heat resistant steels. . Among them, the tray 1 is preferably made of austenitic heat-resistant steel.

トレイ1においては、トレイ1の天地、すなわちトレイ1において複数の部品2を載置したときの当該複数の部品2の上方部およびトレイ1の下方部に、何らの部材も配置されていないことが好ましい。第4工程において、冷却剤による急冷却処理を行う場合において、部品表面への冷却剤の供給を阻害したり、または浸漬中の冷却剤の流れを阻害したりすることなく、より均一な焼入れを行うことができ、部品強度がさらに向上するためである。トレイ運搬の駆動は、例えば、炉側で行われてよく、この場合、トレイ1の下方部には、トレイ1の搬送のための部材は何ら配置されていなくてもよいし、または搬送のためのガイド等が配置されていてもよい。 In the tray 1, no members are arranged on the top and bottom of the tray 1, that is, above the plurality of components 2 and below the tray 1 when the plurality of components 2 are placed on the tray 1. preferable. In the fourth step, when performing a rapid cooling treatment with a coolant, more uniform quenching is achieved without blocking the supply of the coolant to the surface of the part or blocking the flow of the coolant during immersion. This is because the strength of the parts can be further improved. The drive for transporting the trays may be carried out, for example, on the furnace side, in which case no members for transporting the trays 1 may be arranged below the trays 1, or A guide or the like may be arranged.

トレイ1は、加熱処理の均一性および第4工程で冷却剤による急速冷却を行う場合における処理の容易性の観点から、平面視において、網形状を有していることが好ましい。トレイ1が網形状を有するとは、例えば、図3Aに示すように、平面視において、格子形状を有するという意味である。格子形状は、あらゆる格子形状であってもよく、例えば、図3Aに示すよう矩形格子形状(正方格子形状を含む)(例えば、いわゆるグレーチングが有する形状)、斜方格子形状、六角格子形状(正三角格子形状)、平行体格子形状等が挙げられる。 The tray 1 preferably has a mesh shape in plan view from the viewpoint of uniformity of heat treatment and easiness of treatment when rapid cooling with a coolant is performed in the fourth step. The fact that the tray 1 has a mesh shape means that it has a lattice shape in plan view, as shown in FIG. 3A, for example. The lattice shape may be any lattice shape. For example, as shown in FIG. triangular lattice shape), parallel lattice shape, and the like.

トレイ1における複数の部品2の配置は、均一な加熱処理が達成される限り特に限定されず、通常は一様な配置である。複数の部品2は、例えばトレイ1が平面視において格子形状を有するものと仮定したときの格子点の位置に配置されてもよい。トレイ1が、図3Aに示すように、実際に平面視において格子形状を有する場合においては、実際の格子点の位置に配置されることが好ましい。 Arrangement of the plurality of components 2 on the tray 1 is not particularly limited as long as a uniform heat treatment is achieved, and is usually a uniform arrangement. The plurality of components 2 may be arranged at the positions of lattice points, for example, when the tray 1 is assumed to have a lattice shape in plan view. When the tray 1 actually has a lattice shape in plan view as shown in FIG. 3A, it is preferable that the trays are arranged at the positions of the actual lattice points.

トレイ1が平面視において格子形状を有する場合において、当該格子形状を構成する材料の平面視での厚みt1(図3A参照)は、均一な加熱処理(特に結晶粒の微細化)が達成される限り特に限定されない。当該厚みは、より均一な加熱処理(特に結晶粒のさらなる微細化)の観点から、好ましくは2~8mm、より好ましくは4~6mmである。格子形状を構成する材料をこのような平面視厚みとすることにより、トレイ1が適度な熱容量を有するようになり、加熱の長時間化が回避されるため、結晶粒のさらなる微細化の観点から好ましい。 When the tray 1 has a lattice shape in plan view, the thickness t1 (see FIG. 3A) of the material forming the lattice shape in plan view is such that uniform heat treatment (especially refinement of crystal grains) is achieved. is not particularly limited. The thickness is preferably 2 to 8 mm, more preferably 4 to 6 mm, from the viewpoint of more uniform heat treatment (especially further refinement of crystal grains). By making the material constituting the lattice shape have such a thickness in plan view, the tray 1 has an appropriate heat capacity, and prolonged heating is avoided, so from the viewpoint of further refinement of the crystal grains. preferable.

トレイ1が平面視において格子形状を有する場合において、当該格子形状を構成する材料の側面視での厚みt2(図2参照)は、複数の部品2の載置(保持)と均一な加熱処理(特に結晶粒の微細化)が達成される限り特に限定されない。当該厚みは、より均一な加熱処理(特に結晶粒のさらなる微細化)の観点から、好ましくは5~50mm、より好ましくは10~30mmである。格子形状を構成する材料をこのような側面視厚みとすることにより、トレイ1が適度な熱容量を有するようになり、加熱の長時間化が回避されるため、結晶粒のさらなる微細化の観点から好ましい。 When the tray 1 has a grid shape in plan view, the thickness t2 (see FIG. 2) of the material forming the grid shape in a side view is determined by the placement (holding) of the plurality of parts 2 and the uniform heat treatment ( In particular, it is not particularly limited as long as the refinement of crystal grains is achieved. The thickness is preferably 5 to 50 mm, more preferably 10 to 30 mm, from the viewpoint of more uniform heat treatment (especially further refinement of crystal grains). By making the material constituting the lattice shape have such a side view thickness, the tray 1 has an appropriate heat capacity, and a long heating time is avoided, so from the viewpoint of further refinement of the crystal grains. preferable.

トレイ1への複数の部品2の載置は、補助具を用いてもよい。例えば、図2に示すように、部品2が筒形状(または柱形状)を有する場合、当該形状が有する外径よりも大きな内径を有する筒状の補助具11を予めトレイ1に固定しておき、当該補助具11に部品2を挿入することにより、載置を達成してもよい。 Auxiliary tools may be used to place the plurality of components 2 on the tray 1 . For example, as shown in FIG. 2, when the component 2 has a cylindrical shape (or columnar shape), a cylindrical assisting tool 11 having an inner diameter larger than the outer diameter of the shape is fixed to the tray 1 in advance. , the placement may be achieved by inserting the part 2 into the aid 11 concerned.

本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法において、第2工程において冷却した後、第3工程において再加熱を行った場合、得られる部品はより十分な強度を有している。 In the carburizing and quenching apparatus and the carburizing and quenching method of the present invention, when reheating is performed in the third step after cooling in the second step, the obtained parts have more sufficient strength.

<実施例1>
以下の組成の肌焼き鋼(SCR420相当材)からなる同一形状の複数のギヤシャフト(ギヤが一体的に設けられたシャフト;鍛造品)(以下、単に「部品」という)に浸炭焼入れを行った。この素材のオーステナイト化温度Tosは800℃であった。部品の積載高さhは280mmであった。
組成:
C:0.13~0.18%,Si:0.15~0.35%,Mn:0.6~0.85%,P:0.03%以下,S:0.03%以下,Cr:0.9~1.2%。
<Example 1>
A plurality of gear shafts (shafts integrally provided with gears; forgings) (hereinafter simply referred to as “parts”) of the same shape made of case-hardened steel (equivalent to SCR420) with the following composition were carburized and quenched. . The austenitizing temperature Tos of this material was 800°C. The loading height h of the parts was 280 mm.
composition:
C: 0.13-0.18%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.6-0.85%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Cr : 0.9-1.2%.

詳しくは、連続ガス浸炭炉を用いて、トレイ1に複数の部品2を図3Aに示すように載置して搬送しながら、図3Bに示すヒートパターンに従って、浸炭処理を行う第1工程(S1)、オーステナイト化温度未満に冷却する第2工程(S2)、再度、オーステナイト化温度以上に加熱する第3工程(S3)、および焼入れ処理を行う第4工程(S4)を実施した。 Specifically, using a continuous gas carburizing furnace, a first step (S1 ), the second step (S2) of cooling below the austenitizing temperature, the third step (S3) of heating again to the austenitizing temperature or higher, and the fourth step (S4) of quenching.

より詳しくは、以下の通りであった。
トレイ1による複数の部品の搬送は、図3Aに示すように、1つのトレイ1あたり20個の部品2を載置した3つのトレイを連続的に進行させることにより行った。遮蔽板10は、板厚5mmのオーステナイト系ステンレス板を用いた。遮蔽板10の高さHは、トレイにおける部品の積載高さhに対して1.1×hの高さであった。トレイ1は平面視において矩形格子形状を有しており、当該格子形状を構成する材料の平面視厚みt1は15mm、側面視厚みt2は40mmであった。トレイ1の構成する材料はオーステナイト系耐熱鋼であった。
連続ガス浸炭炉は、第3工程に対応する部分(ゾーン)において、トレイの搬送方向の両側に加熱源を有していた。加熱源は、電気ヒーターであり、図3Dに示すように配置されていた。図3Dは、連続炉の輪切り断面であって、トレイ1の搬送方向Cの真正面から連続炉内部を見たときの模式的断面図であり、加熱源3、遮蔽板10およびトレイ1との配置関係を示す。
In more detail, it was as follows.
As shown in FIG. 3A, the transport of a plurality of components by the tray 1 was performed by continuously advancing three trays on which 20 components 2 were placed per tray 1. As shown in FIG. The shield plate 10 used an austenitic stainless steel plate with a plate thickness of 5 mm. The height H of the shielding plate 10 was 1.1×h with respect to the stacking height h of the parts on the tray. The tray 1 had a rectangular lattice shape in plan view, and the thickness t1 in plan view of the material forming the lattice shape was 15 mm, and the thickness t2 in side view was 40 mm. The material constituting the tray 1 was austenitic heat-resistant steel.
The continuous gas carburizing furnace had heating sources on both sides of the tray in the portion (zone) corresponding to the third step. The heating source was an electric heater, arranged as shown in FIG. 3D. FIG. 3D is a cross-sectional view of the continuous furnace, and is a schematic cross-sectional view when the inside of the continuous furnace is viewed from the front in the conveying direction C of the tray 1, and the arrangement of the heat source 3, the shielding plate 10, and the tray 1. Show relationship.

第1工程(S1):
部品の表面温度をオーステナイト化温度以上の温度(950℃)に加熱して浸炭を行った。
第2工程(S2):
再オーステナイト化のため、部品温度を250℃程度まで冷却した。冷却は浸炭炉から抽出したトレイに窒素ガスを噴射することで実施し、その冷却時間は15分間であった。
第3工程(S3):
続いて冷却完了したトレイを別の連続浸炭炉へ再投入し、部品温度で830℃~850℃を目標に加熱を行った。昇温時間は30分間であった。この時、連続炉の設定炉温は部品温度の目標値よりも高い870℃を設定している。より短時間で加熱が完了することを目的とした連続炉の運転方法である。なお炉内温度と部品温度が平衡に達する前、つまり目標温度近傍で連続炉の温度設定を変更した次のゾーンに進行する。次のゾーンでは焼入れに適した830℃に炉温を設定し、急速に加熱したことによる部品の温度ばらつきを均一にするため30分以上この設定炉温に保持した。
第4工程(S4):
第3工程で十分に均熱された部品を、トレイと共に焼入れ漕に投入し、焼入れを行った。焼入れのための冷却剤は塩浴剤を用いて行い、その設定温度は230℃であった。そのため、塩浴漕浸漬後は空冷によって常温まで冷却し焼入れが完了した。
First step (S1):
Carburization was performed by heating the surface temperature of the part to a temperature above the austenitizing temperature (950° C.).
Second step (S2):
The part temperature was cooled to about 250° C. for re-austenitization. Cooling was performed by injecting nitrogen gas into the tray extracted from the carburizing furnace, and the cooling time was 15 minutes.
Third step (S3):
Subsequently, the cooled tray was put into another continuous carburizing furnace again, and the parts were heated with a target temperature of 830°C to 850°C. The heating time was 30 minutes. At this time, the set furnace temperature of the continuous furnace is set at 870° C., which is higher than the target value of the component temperature. This is a continuous furnace operation method for the purpose of completing heating in a shorter time. Before the temperature inside the furnace and the temperature of the parts reach equilibrium, that is, near the target temperature, the process proceeds to the next zone where the temperature setting of the continuous furnace is changed. In the next zone, the furnace temperature was set to 830° C. suitable for quenching, and was kept at this set furnace temperature for 30 minutes or more in order to equalize the temperature variation of the parts due to rapid heating.
Fourth step (S4):
The parts sufficiently soaked in the third step were put into a quenching bath together with the tray and quenched. A salt bath agent was used as a coolant for quenching, and the set temperature was 230°C. Therefore, after the immersion in the salt bath, the quenching was completed by cooling to room temperature by air cooling.

実施例で得られた部品の、後で詳述する評価結果を図3Cに示す。 FIG. 3C shows the evaluation results, which will be described later in detail, of the parts obtained in the examples.

<比較例>
図4Aに示すように、トレイに遮蔽板を設けることなく、1つのトレイあたり20個の部品を載置したこと以外、実施例と同様の方法により、複数の部品の浸炭焼入れを行った。
詳しくは、本発明の効果を明確に確認するために、同一材料および同一形状の部品を用いた。また、トレイへの遮蔽版を設けない一方で、積載位置と数は実施例からは変更せずに、図4Aに示した載置方法で、実施例と同じ図3Bのヒートパターンにて浸炭焼入れを行った。比較例で得られた部品の、後で詳述する評価結果を図4Bに示す。
<Comparative example>
As shown in FIG. 4A, a plurality of parts were carburized and quenched in the same manner as in Example except that 20 parts were placed on each tray without providing a shield plate on the tray.
Specifically, parts of the same material and the same shape were used in order to clearly confirm the effects of the present invention. In addition, carburizing and quenching were carried out in the same heat pattern of FIG. 3B as in the example by the mounting method shown in FIG. did FIG. 4B shows the evaluation results, which will be described later in detail, of the parts obtained in the comparative example.

<参考例>
図4Aに示すように、トレイに遮蔽板を設けることなく、1つのトレイあたり20個の部品を載置したこと、および第1工程の後に第4工程を行う図5Aに示すヒートパターンで浸炭焼入れを行ったこと以外、実施例と同様の方法により、複数の部品の浸炭焼入れを行った。
詳しくは、実施例と同一材料および同一形状の部品を用いた。また、トレイへの遮蔽版を設けない一方で、積載位置と数は実施例から変更せずに、図4Aに示した載置方法で、第1工程の後に第4工程を行う図5Aに示すヒートパターンで浸炭焼入れを行った。これは通常の浸炭焼入れである。参考例で得られた部品の、後で詳述する評価結果を図5Bに示す。
<Reference example>
As shown in FIG. 4A, carburizing and quenching were carried out with the heat pattern shown in FIG. A plurality of parts were carburized and quenched in the same manner as in the example, except that the
Specifically, the same materials and parts with the same shape as those of the examples were used. In addition, while no shield plate is provided on the tray, the stacking position and number are not changed from the embodiment, and the fourth step is performed after the first step in the loading method shown in FIG. 4A, as shown in FIG. 5A. Carburizing and quenching were performed with a heat pattern. This is normal carburizing and quenching. FIG. 5B shows evaluation results of the parts obtained in the reference example, which will be described in detail later.

<評価>
評価は、本発明による積載治具(すなわち、遮蔽板)を使って、焼入れ前に冷却と再加熱を行う浸炭焼入れ(実施例)、積載治具を使わずに実施例と同条件で行う浸炭焼入れ(比較例)および通常の浸炭焼入れ(参考例)の3条件の熱処理変形の量を比較することで行った。
詳しくは、評価は、評価対象の寸法について部品の有するギヤ部の歯筋(形状)のばらつきに基づいて行った。「歯筋のばらつき」は、ギヤ噛合い歯当たりに影響するギヤ歯の歯筋方向の形状が1つのギヤ個体の中でどれほどばらついているかを示す値のことであり、値が大きいほど、トランスミッションノイズの官能評価に悪影響があることを意味する。ただし、全ての評価値は実施例の「歯筋ばらつき」の最大値を基準として、これを100とした際の割合で表示している(図3C(実施例)、図4B(比較例)および図5B(参考例)参照)。
図3Cおよび図4Bより、遮蔽版を配置した効果によって熱処理変形による寸法精度は大きく改善することが確認できる。
図3Cおよび図5Bより、通常の浸炭焼入れ(参考例)と実施例は同様の寸法精度が得られるため、本発明が第2工程および第3工程に原因を持つ寸法精度の悪化を明確に抑制できていることを証明している。
実施例、比較例および参考例について「歯筋のばらつき」の平均値(Ave)および最大値(Max)を算出し、結果を表1に示した。積載治具(すなわち、遮蔽板)なしに、焼入れ前に冷却と再加熱を行った浸炭焼入れ(比較例)では、通常の浸炭焼入れ(参考例)より、1トレイで処理される部品のなかで最も寸法精度の悪い個体(Max)で比較すると、60%程度の悪化が起こった。本発明(実施例)では、このような悪化を防ぐことが可能であるだけでなく、最大値(Max)で10%程度の改善も可能であること示している。
また実施例では、比較例と同様に、第2工程において冷却した後、第3工程において再加熱を行っているので、実施例で得られる部品は、比較例で得られる部品と同程度の十分な強度を有していることが明らかである。
<Evaluation>
Evaluation was carried out using a loading jig (that is, a shielding plate) according to the present invention, carburizing and quenching in which cooling and reheating were performed before quenching (example), and carburizing performed under the same conditions as in the example without using a loading jig. The amount of heat treatment deformation was compared under three conditions of quenching (comparative example) and normal carburizing and quenching (reference example).
Specifically, the evaluation was performed based on variations in the tooth trace (shape) of the gear portion of the component with respect to the dimensions to be evaluated. "Tooth trace variation" is a value that indicates how much the shape of a gear tooth in the tooth trace direction, which affects gear meshing tooth contact, varies within a single gear. This means that sensory evaluation of noise is adversely affected. However, all evaluation values are expressed as percentages when the maximum value of "tooth trace variation" in the example is set to 100 (FIG. 3C (example), FIG. 4B (comparative example) and See FIG. 5B (reference example)).
From FIGS. 3C and 4B, it can be confirmed that the dimensional accuracy due to heat treatment deformation is greatly improved by the effect of arranging the shield plate.
From FIGS. 3C and 5B, the same dimensional accuracy is obtained in the normal carburizing and quenching (reference example) and the example, so the present invention clearly suppresses the deterioration of the dimensional accuracy caused by the second and third steps. It proves that it can be done.
The average value (Ave) and the maximum value (Max) of the "tooth trace variation" were calculated for the examples, comparative examples and reference examples, and the results are shown in Table 1. In carburizing and quenching (comparative example) in which cooling and reheating were performed before quenching without a loading jig (that is, a shield plate), there were A deterioration of about 60% occurred when comparing an individual with the worst dimensional accuracy (Max). In the present invention (Example), not only is it possible to prevent such deterioration, but it is also possible to improve the maximum value (Max) by about 10%.
In addition, in the example, as in the comparative example, after cooling in the second step, reheating is performed in the third step, so the parts obtained in the example have the same degree of heat resistance as the parts obtained in the comparative example. It is clear that it has a strong strength.

Figure 0007163642000001
Figure 0007163642000001

本発明の浸炭焼入れ装置および浸炭焼入れ方法は、自動車用部品の製造分野、特に動力伝達部品(例えば、手動変速機の最終減速駆動用ギヤシャフト、セカンダリシャフト)の製造分野において有用である。
部品の形状変更および形質(材料)変更を行うことなく、部品の強度性能の向上の要望が生じた場合、本発明の浸炭焼入れ装置(方法)に基づいて、遮蔽板を備えたトレイの準備と、ヒートパターン設定の変更だけで、既存の浸炭焼入れ装置を利用して低コストで当該要望に応えることができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The carburizing and quenching apparatus and the carburizing and quenching method of the present invention are useful in the field of manufacturing automobile parts, particularly in the field of manufacturing power transmission parts (for example, final reduction drive gear shafts and secondary shafts of manual transmissions).
If there is a desire to improve the strength performance of the part without changing the shape and characteristics (material) of the part, a tray equipped with a shield plate is prepared and prepared based on the carburizing and quenching apparatus (method) of the present invention. By simply changing the heat pattern setting, the existing carburizing and quenching equipment can be used to meet the demand at low cost.

1:トレイ
2:部品
3:加熱源
10:遮蔽板
1: tray 2: parts 3: heating source 10: shielding plate

Claims (10)

鋼鉄からなる部品の浸炭焼入れ装置であって、
前記浸炭焼入れ装置は、2つ以上のトレイを隣接させて進行させ、複数の前記部品を載置および搬送するための前記トレイを含み、
前記トレイは、平面視において、複数の前記部品が取り囲まれるように、加熱源との間に、前記加熱源からの輻射熱を遮蔽する遮蔽板を有
前記遮蔽板は、前記トレイに立設されており、かつ平面視において、搬送方向とは反対方向に開いた形状を有している、 浸炭焼入れ装置。
An apparatus for carburizing and quenching parts made of steel, comprising:
The carburizing and quenching device, advancing two or more trays side by side;for placing and transporting a plurality of said partsSaidincluding a tray,
The tray isIn plan view,pluralSaidpartsso that is surrounded byBetween the heating source, there is a shielding plate that shields the radiant heat from the heating sourcedeath,
The shielding plate is erected on the tray and has a shape that opens in a direction opposite to the conveying direction in a plan view. Carburizing and quenching equipment.
前記遮蔽板はオーステナイト系ステンレス材で構成されている、請求項1に記載の浸炭焼入れ装置。 2. The carburizing and quenching apparatus according to claim 1 , wherein said shield plate is made of an austenitic stainless steel material. 前記鋼鉄は肌焼鋼である、請求項1または2に記載の浸炭焼入れ装置。 3. Carburizing and quenching apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the steel is case hardening steel. 前記部品は自動車用部品である、請求項1~のいずれかに記載の浸炭焼入れ装置。 The carburizing and quenching apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the parts are automobile parts. 前記自動車用部品は動力伝達部品である、請求項に記載の浸炭焼入れ装置。 5. The carburizing and quenching apparatus according to claim 4 , wherein the automotive part is a power transmission part. 前記動力伝達部品は手動変速機の最終減速駆動用ギヤシャフトである、請求項に記載の浸炭焼入れ装置。 6. The carburizing and quenching apparatus according to claim 5 , wherein said power transmission component is a final reduction drive gear shaft of a manual transmission. 鋼鉄からなる部品の浸炭焼入れ方法であって、
2つ以上のトレイを隣接させて進行させ、 複数の前記部品を載置および搬送するための前記トレイを用い、
前記トレイは、平面視において、複数の前記部品が取り囲まれるように、加熱源との間に、前記加熱源からの輻射熱を遮蔽する遮蔽板を有
前記遮蔽板は、前記トレイに立設されており、かつ平面視において、搬送方向とは反対方向に開いた形状を有している、 浸炭焼入れ方法。
A method for carburizing and quenching a part made of steel, comprising:
advancing two or more trays side by side; for placing and transporting a plurality of said partsSaidusing a tray
The tray isIn plan view,pluralSaidpartsso that is surrounded byA shield plate is provided between the heat source and shields the radiant heat from the heat source.death,
The shielding plate is erected on the tray and has a shape that opens in a direction opposite to the conveying direction in a plan view. Carburizing and quenching method.
前記浸炭焼入れ方法は、複数の前記部品をオーステナイト化温度以上に加熱して浸炭処理を行う第1工程、オーステナイト化温度未満に冷却する第2工程、再度、オーステナイト化温度以上に加熱する第3工程、および焼入れ処理を行う第4工程を含み、
前記トレイは少なくとも前記第3工程において複数の前記部品を載置および搬送するためのトレイである、請求項に記載の浸炭焼入れ方法。
The carburizing and quenching method includes a first step of carburizing the plurality of parts by heating them to an austenitizing temperature or higher, a second step of cooling them to below the austenitizing temperature, and a third step of heating them again to the austenitizing temperature or higher. and a fourth step of performing quenching treatment,
8. The carburizing and quenching method according to claim 7 , wherein said tray is a tray for placing and transporting said plurality of parts in at least said third step.
前記浸炭焼入れ方法は連続ガス浸炭炉を用い、 The carburizing and quenching method uses a continuous gas carburizing furnace,
少なくとも前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程は前記連続ガス浸炭炉内で実施される、請求項8に記載の浸炭焼入れ方法。 9. The carburizing and quenching method of claim 8, wherein at least said first step, said second step and said third step are performed in said continuous gas carburizing furnace.
前記第3工程の加熱は電気ヒーター加熱炉による加熱である、請求項8または9に記載の浸炭焼入れ方法。 10. The carburizing and quenching method according to claim 8 or 9, wherein the heating in the third step is heating by an electric heater heating furnace.
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