JPH05195192A - 低圧雰囲気内での鋼材の浸炭（セメンテーション）のための方法及び装置 - Google Patents
低圧雰囲気内での鋼材の浸炭（セメンテーション）のための方法及び装置Info
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- JPH05195192A JPH05195192A JP4245041A JP24504192A JPH05195192A JP H05195192 A JPH05195192 A JP H05195192A JP 4245041 A JP4245041 A JP 4245041A JP 24504192 A JP24504192 A JP 24504192A JP H05195192 A JPH05195192 A JP H05195192A
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/20—Carburising
- C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明による浸炭方法は、ポンプ吸引によっ
て１mbar〜５mbarの圧力に維持された酸素を含まない気
体雰囲気の中で処理すべき部品を８００℃〜１，１００
℃、好ましくは９００℃以上の温度に加熱すること、な
らびに、各々単数又は複数の純粋な炭化水素を含む処理
用ガスを制限された時間噴射することによって得られる
複数の連続的炭素富化段階（Ｃ1 、Ｃ2)を遂行すること
から成り、ここで各々の富化段階（Ｃ1 、Ｃ2)は、オー
ステナイトの飽和段階への移行時間よりも短い持続時間
を呈し、これらの富化段階は表面炭素含有量を調整でき
るようにする、より長い時間の真空下拡散段階（Ｄ1 、
Ｄ2)によって分離されている。 【効果】 本発明は、炭素移動メカニズムを単純化し、
過剰炭化の不利な影響を避けることを可能にする。
て１mbar〜５mbarの圧力に維持された酸素を含まない気
体雰囲気の中で処理すべき部品を８００℃〜１，１００
℃、好ましくは９００℃以上の温度に加熱すること、な
らびに、各々単数又は複数の純粋な炭化水素を含む処理
用ガスを制限された時間噴射することによって得られる
複数の連続的炭素富化段階（Ｃ1 、Ｃ2)を遂行すること
から成り、ここで各々の富化段階（Ｃ1 、Ｃ2)は、オー
ステナイトの飽和段階への移行時間よりも短い持続時間
を呈し、これらの富化段階は表面炭素含有量を調整でき
るようにする、より長い時間の真空下拡散段階（Ｄ1 、
Ｄ2)によって分離されている。 【効果】 本発明は、炭素移動メカニズムを単純化し、
過剰炭化の不利な影響を避けることを可能にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】一般に、現在機械分野全般におい
て最もよく使われる鋼材の主要な表面硬化処理の１つが
明らかに浸炭（セメンテーション）であることは公知で
ある。この処理は、歯車、動力伝達装置の軸、カムとい
った強い応力を受ける機械的機構の摩耗耐性、表面硬
度、機械的特性、表面疲労限界又は軸受疲労限界を増大
させることができる。
て最もよく使われる鋼材の主要な表面硬化処理の１つが
明らかに浸炭（セメンテーション）であることは公知で
ある。この処理は、歯車、動力伝達装置の軸、カムとい
った強い応力を受ける機械的機構の摩耗耐性、表面硬
度、機械的特性、表面疲労限界又は軸受疲労限界を増大
させることができる。
【０００２】
【従来の技術】現在、この処理は内部で部品が窒素及び
メタノールベースの雰囲気の中で処理温度まで加熱され
る負荷付き（負荷無し）炉の中で実施されている。しか
しながら、非常に普及したものであるこの技術には、そ
の大部分が浸炭用雰囲気内に存在する酸素に起因するい
くつかの欠点がある。
メタノールベースの雰囲気の中で処理温度まで加熱され
る負荷付き（負荷無し）炉の中で実施されている。しか
しながら、非常に普及したものであるこの技術には、そ
の大部分が浸炭用雰囲気内に存在する酸素に起因するい
くつかの欠点がある。
【０００３】実際、この酸素は粒子間の酸化現象により
鋼材の表面で反応する。この酸化現象は表面構造を脆化
し、硬度、特に疲労限界を局所的に低下させる。その
上、存在する酸素は、浸炭用気相と浸炭を受ける固体の
間の界面レベルでの炭素の移送を制限するという効果を
もつ。従って、この現象は浸炭速度を制限する。
鋼材の表面で反応する。この酸化現象は表面構造を脆化
し、硬度、特に疲労限界を局所的に低下させる。その
上、存在する酸素は、浸炭用気相と浸炭を受ける固体の
間の界面レベルでの炭素の移送を制限するという効果を
もつ。従って、この現象は浸炭速度を制限する。
【０００４】これらの欠点を補正するため、浸炭装置に
は往々にして、雰囲気内の炭素ポテンシャルを制御する
ように、酸素プローブ及び赤外線分析装置が具備されて
いる。しかしながら、これらのシステムは、浸炭段階を
制御するものの、処理雰囲気内の酸素の存在の有害な効
果を削除することができず、これを制限することしかで
きない。また、機械的観点から見ると、粒子間酸化現象
を示す表面層は一般に費用のかかる修正作業によって除
去されなくてはならない。
は往々にして、雰囲気内の炭素ポテンシャルを制御する
ように、酸素プローブ及び赤外線分析装置が具備されて
いる。しかしながら、これらのシステムは、浸炭段階を
制御するものの、処理雰囲気内の酸素の存在の有害な効
果を削除することができず、これを制限することしかで
きない。また、機械的観点から見ると、粒子間酸化現象
を示す表面層は一般に費用のかかる修正作業によって除
去されなくてはならない。
【０００５】これらの欠点に加えて、鋼材の炭素富化の
法則の特異性の結果としての欠点も存在する。この法則
によると、オーステナイトの飽和閾値より下で、時間に
応じて線形である炭素富化は、この閾値を超えると時間
の三乗根の関数となる（拡散状態−フィックの法則）。
この拡散状態の間、セメンタイトと呼ばれる非常に硬く
非常に脆い炭化鉄（Ｆｅ3Ｃ）ならびにすすが生成され
る。
法則の特異性の結果としての欠点も存在する。この法則
によると、オーステナイトの飽和閾値より下で、時間に
応じて線形である炭素富化は、この閾値を超えると時間
の三乗根の関数となる（拡散状態−フィックの法則）。
この拡散状態の間、セメンタイトと呼ばれる非常に硬く
非常に脆い炭化鉄（Ｆｅ3Ｃ）ならびにすすが生成され
る。
【０００６】その上、処理が大気圧で行なわれ、処理用
ガスの含有量を精確に制御するのが困難であることを考
慮すると、次のことがわかる： −処理の不均質性、 −富化の制御が不可能であること、 −処理用ガスの「クラッキング」率が非常に低く（一般
にＣＨ4の）、低炭素の収率が悪いこと。
ガスの含有量を精確に制御するのが困難であることを考
慮すると、次のことがわかる： −処理の不均質性、 −富化の制御が不可能であること、 −処理用ガスの「クラッキング」率が非常に低く（一般
にＣＨ4の）、低炭素の収率が悪いこと。
【０００７】拡散状態の間の過剰炭化の有害な効果を避
けるため、この段階中、中性ガスを炉の中に噴射するこ
とにより、希釈により処理用ガスの含有量を低下させる
ことが提案された。しかしながら、この解決法では処理
用ガスの完全な除去を得ることができず、処理用ガスの
割合を充分に減少させるために比較的長い時間が必要と
される。
けるため、この段階中、中性ガスを炉の中に噴射するこ
とにより、希釈により処理用ガスの含有量を低下させる
ことが提案された。しかしながら、この解決法では処理
用ガスの完全な除去を得ることができず、処理用ガスの
割合を充分に減少させるために比較的長い時間が必要と
される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、特
にこれらの欠点のすべてを除去することを目的とする。
にこれらの欠点のすべてを除去することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、ポ
ンプ吸引により低圧（１〜１０mbar、好ましくは５mba
r）に維持された酸素を含まない気体雰囲気の中で比較
的高い処理温度（８００℃〜１，１００℃、好ましくは
９００℃以上）まで処理すべき部品を加熱すること、及
び、各々単数又は複数の純粋な炭化水素（例えばＣ
Ｈ4、Ｃ3Ｈ8タイプのもの）を含む処理用ガスを制限さ
れた時間噴射することによって得られる複数の連続的炭
素富化段階を遂行することから成り、各々の富化段階は
オーステナイトの飽和段階への移行時間よりも短い持続
時間を呈し、これらの富化段階は表面炭素含有量を調整
できるようにするより長い時間の真空下拡散段階によっ
て分離されているような、浸炭方法を提案している。
ンプ吸引により低圧（１〜１０mbar、好ましくは５mba
r）に維持された酸素を含まない気体雰囲気の中で比較
的高い処理温度（８００℃〜１，１００℃、好ましくは
９００℃以上）まで処理すべき部品を加熱すること、及
び、各々単数又は複数の純粋な炭化水素（例えばＣ
Ｈ4、Ｃ3Ｈ8タイプのもの）を含む処理用ガスを制限さ
れた時間噴射することによって得られる複数の連続的炭
素富化段階を遂行することから成り、各々の富化段階は
オーステナイトの飽和段階への移行時間よりも短い持続
時間を呈し、これらの富化段階は表面炭素含有量を調整
できるようにするより長い時間の真空下拡散段階によっ
て分離されているような、浸炭方法を提案している。
【００１０】この浸炭方法の原理は、より単純な炭化水
素、そして最終的には炭素と水素を得るに至る処理用圧
力及び処理用温度での炭化水素の解離メカニズムに基づ
いており、その主要な反応は以下のようなものである：
素、そして最終的には炭素と水素を得るに至る処理用圧
力及び処理用温度での炭化水素の解離メカニズムに基づ
いており、その主要な反応は以下のようなものである：
【００１１】
【化１】
【００１２】実際、主要浸炭剤は、「クラッキング」か
ら発生したエチレン、プロパン又はエタンであり、メタ
ンは最も効果の低い化合物である。上述の方法（低圧／
高温）により、浸炭の反応速度の増大を可能にしなが
ら、先行技術の欠点の大部分から免れることができる。
活性炭の生成が炭化水素分子の単純な解離によって得ら
れるという事実のおかげで、炭素の移動メカニズムは著
しく単純になる。
ら発生したエチレン、プロパン又はエタンであり、メタ
ンは最も効果の低い化合物である。上述の方法（低圧／
高温）により、浸炭の反応速度の増大を可能にしなが
ら、先行技術の欠点の大部分から免れることができる。
活性炭の生成が炭化水素分子の単純な解離によって得ら
れるという事実のおかげで、炭素の移動メカニズムは著
しく単純になる。
【００１３】この解離現象は、平衡移動法則（ル・シャ
トリエの法則）のため、低圧で改善される：つまり、温
度が一定で圧力が低下すると、系の体積増加をひき起こ
す反応が起こり、その逆も成り立つのである。このプロ
セスが、
トリエの法則）のため、低圧で改善される：つまり、温
度が一定で圧力が低下すると、系の体積増加をひき起こ
す反応が起こり、その逆も成り立つのである。このプロ
セスが、
【００１４】
【化２】
【００１５】といったタイプの反応に有利に作用するこ
とがわかる。本発明による方法のもう１つの重要な利点
は、これにより炉内のガスの滞留時間を制御することが
できるという点にある：すなわち、（圧力上昇をひき起
こした）噴射が終了すると直ちに、ガスは、処理用ガス
の含有量が無視できるものである初期値に圧力が戻るま
で急速にポンプ吸引される。こうして、オーステナイト
の飽和閾値より下への移行及びその結果生じる欠点を避
けることが可能となる。
とがわかる。本発明による方法のもう１つの重要な利点
は、これにより炉内のガスの滞留時間を制御することが
できるという点にある：すなわち、（圧力上昇をひき起
こした）噴射が終了すると直ちに、ガスは、処理用ガス
の含有量が無視できるものである初期値に圧力が戻るま
で急速にポンプ吸引される。こうして、オーステナイト
の飽和閾値より下への移行及びその結果生じる欠点を避
けることが可能となる。
【００１６】さらに、処理用ガスの消費量は低減する一
方で、システムの安全性は改善される。前述のように、
本発明は同様に、前述の方法の利用のための装置にも関
するものであり、この装置は、処理すべき部品を約８０
０℃〜１，１００℃の温度まで加熱することのできる加
熱手段の備わった真空下の熱又は熱化学処理炉、炉内部
の圧力を約１mbar〜１０mbarの値まで低下させることの
できるポンプ吸引手段ならびに一定の時間中炉内部で処
理用ガスを周期的に噴射することができるようにする手
段を介入させるものである。
方で、システムの安全性は改善される。前述のように、
本発明は同様に、前述の方法の利用のための装置にも関
するものであり、この装置は、処理すべき部品を約８０
０℃〜１，１００℃の温度まで加熱することのできる加
熱手段の備わった真空下の熱又は熱化学処理炉、炉内部
の圧力を約１mbar〜１０mbarの値まで低下させることの
できるポンプ吸引手段ならびに一定の時間中炉内部で処
理用ガスを周期的に噴射することができるようにする手
段を介入させるものである。
【００１７】このタイプの古典的設備においては、解決
すべき重要な問題点の１つは、１回の負荷の部品すべて
について、そしてこれらの部品の各々の形状すべてにつ
いて処理の均質性を得ることにあることがわかる。この
工業的目的を達成するため、炭化水素噴射ノズルの前で
処理すべき部品を含む負荷を回転させることを考えた。
すべき重要な問題点の１つは、１回の負荷の部品すべて
について、そしてこれらの部品の各々の形状すべてにつ
いて処理の均質性を得ることにあることがわかる。この
工業的目的を達成するため、炭化水素噴射ノズルの前で
処理すべき部品を含む負荷を回転させることを考えた。
【００１８】しかしながら、この解決法は実施に慎重さ
を要し、高温にされた負荷を回転させることの難しさの
ため工業的信頼性に欠けるものである。この問題を解決
するため、本発明は、炉の幾何形状の如何に関わらず、
炉の高温部に複雑な機構を導入することなく均質な方法
であらゆるタイプの部品を浸炭する目的で、炉のエンク
ロージャの中で炭化水素の気体流束を回転させることの
できる気体噴射システムを提案している。
を要し、高温にされた負荷を回転させることの難しさの
ため工業的信頼性に欠けるものである。この問題を解決
するため、本発明は、炉の幾何形状の如何に関わらず、
炉の高温部に複雑な機構を導入することなく均質な方法
であらゆるタイプの部品を浸炭する目的で、炉のエンク
ロージャの中で炭化水素の気体流束を回転させることの
できる気体噴射システムを提案している。
【００１９】この結果は、炉の幾何形状に応じて適切に
置かれた複数の噴射ノズルを使用することによって得ら
れ、これらのノズルの各々は、円形又はらせん形の定常
運動で、送り出された浸炭用ガスの雰囲気を得るような
形で開放及び閉鎖の１シーケンスを生じるようにプログ
ラミングされた計算機によって操作される１つの電磁弁
に結びつけられている。
置かれた複数の噴射ノズルを使用することによって得ら
れ、これらのノズルの各々は、円形又はらせん形の定常
運動で、送り出された浸炭用ガスの雰囲気を得るような
形で開放及び閉鎖の１シーケンスを生じるようにプログ
ラミングされた計算機によって操作される１つの電磁弁
に結びつけられている。
【００２０】本発明の実施態様について、添付の図面を
参考にしながら以下で説明するが、本発明は下記実施例
に限定されることはない。
参考にしながら以下で説明するが、本発明は下記実施例
に限定されることはない。
【００２１】
【実施例】図１に示されているように、浸炭の熱サイク
ルには、連続的に以下の段階が含まれている： − 大気温から７６０℃の温度にまで至る第１の温度上
昇段階Ｐ1 。この温度の上昇は毎分１５℃の速度で行な
われる； − ７６０℃の温度での第１の水平部Ｐ2（例えば１時
間）； − 部品を水平部の温度（７６０℃）から処理温度（こ
こでは９８０℃）にする第２の温度上昇段階Ｐ3； − 処理温度維持段階Ｐ4；及び − 例えば一回の焼入れから成るものでありうる冷却段
階Ｐ5 。
ルには、連続的に以下の段階が含まれている： − 大気温から７６０℃の温度にまで至る第１の温度上
昇段階Ｐ1 。この温度の上昇は毎分１５℃の速度で行な
われる； − ７６０℃の温度での第１の水平部Ｐ2（例えば１時
間）； − 部品を水平部の温度（７６０℃）から処理温度（こ
こでは９８０℃）にする第２の温度上昇段階Ｐ3； − 処理温度維持段階Ｐ4；及び − 例えば一回の焼入れから成るものでありうる冷却段
階Ｐ5 。
【００２２】この熱サイクル中、炉内の圧力（太線で表
わされているもの）は、処理温度での熱的均質化段階Ｐ
6 に続く瞬間ｔ1（例えば、温度が処理温度に達してか
ら３０分後）まで、ポンプ吸引により比較的低い値に維
持される。実際、瞬間ｔ1においては、短い時間（１秒
〜５分）処理用ガスの第１の噴射を行なうことにより、
第１の炭素富化段階Ｃ1を開始させる。この噴射は、オ
ーステナイトの飽和閾値を超えないようにするべく計算
された時間中圧力をやや増大させる効果をもつ。噴射さ
れたガスのポンプ吸引のため、圧力は次に急速にその初
期値（瞬間ｔ2）まで復帰する。この富化段階Ｃ1の時間
は一般に約数秒〜数分である。
わされているもの）は、処理温度での熱的均質化段階Ｐ
6 に続く瞬間ｔ1（例えば、温度が処理温度に達してか
ら３０分後）まで、ポンプ吸引により比較的低い値に維
持される。実際、瞬間ｔ1においては、短い時間（１秒
〜５分）処理用ガスの第１の噴射を行なうことにより、
第１の炭素富化段階Ｃ1を開始させる。この噴射は、オ
ーステナイトの飽和閾値を超えないようにするべく計算
された時間中圧力をやや増大させる効果をもつ。噴射さ
れたガスのポンプ吸引のため、圧力は次に急速にその初
期値（瞬間ｔ2）まで復帰する。この富化段階Ｃ1の時間
は一般に約数秒〜数分である。
【００２３】瞬間ｔ2以降、第１の拡散段階Ｄ1（鋼の中
心に向っての炭素の拡散）を開始する。この段階中、温
度は処理温度に維持され、低圧雰囲気には、実際、もは
や炭素富化を可能にするための処理用ガスが含まれてい
ない。この拡散段階Ｄ1の終り、瞬間ｔ3で、処理用ガス
の第２の噴射を行なうことにより、第２の炭素富化段階
Ｃ2を開始する。この第２の富化段階の持続時間は、前
述の飽和閾値を超えないことを条件として第１の富化段
階のものと異なっていてよい。
心に向っての炭素の拡散）を開始する。この段階中、温
度は処理温度に維持され、低圧雰囲気には、実際、もは
や炭素富化を可能にするための処理用ガスが含まれてい
ない。この拡散段階Ｄ1の終り、瞬間ｔ3で、処理用ガス
の第２の噴射を行なうことにより、第２の炭素富化段階
Ｃ2を開始する。この第２の富化段階の持続時間は、前
述の飽和閾値を超えないことを条件として第１の富化段
階のものと異なっていてよい。
【００２４】処理は、拡散段階Ｄ1の持続時間にほぼ等
しい持続時間の拡散段階Ｄ2（瞬間ｔ 4）の後に介入する
（瞬間ｔ5）過圧されたオイル又は気体を用いた真空下
の焼入れ（段階Ｐ5）で終了する。焼入れ段階Ｐ5中、温
度は急激に処理温度から、鋼の焼入れ作業又は浸炭鋼の
硬化作業に相応する大気温度まで移行する。
しい持続時間の拡散段階Ｄ2（瞬間ｔ 4）の後に介入する
（瞬間ｔ5）過圧されたオイル又は気体を用いた真空下
の焼入れ（段階Ｐ5）で終了する。焼入れ段階Ｐ5中、温
度は急激に処理温度から、鋼の焼入れ作業又は浸炭鋼の
硬化作業に相応する大気温度まで移行する。
【００２５】当然のことながら、本発明は前述の処理サ
イクルに制限されるものではない：従って、例えば、富
化段階数及び拡散段階数は、望まれる浸炭深度に応じて
２回以上であってよい。図２は、ベル型の、つまり処理
すべき部品が上に置かれる炉床を形成する円筒形ベース
２上に気密かつ遮断可能な形でとりつけられ、しかも可
動でさらに垂直に配置され、その下部で開放している円
筒形の本体１をもつ気密なエンクロージャを含む真空下
の熱処理炉を用いた低圧浸炭処理を行なうことのできる
設備を示している。
イクルに制限されるものではない：従って、例えば、富
化段階数及び拡散段階数は、望まれる浸炭深度に応じて
２回以上であってよい。図２は、ベル型の、つまり処理
すべき部品が上に置かれる炉床を形成する円筒形ベース
２上に気密かつ遮断可能な形でとりつけられ、しかも可
動でさらに垂直に配置され、その下部で開放している円
筒形の本体１をもつ気密なエンクロージャを含む真空下
の熱処理炉を用いた低圧浸炭処理を行なうことのできる
設備を示している。
【００２６】本体１は、耐火材でできた円筒形のマッフ
ル３を封じ込めており、このマッフルの中には、放射に
より部品を加熱できる電気熱抵抗器４が配置されてい
る。炉の内部容積は、制御箱６の中に少なくとも部分的
に収納された調節用回路によって操作される真空ポンプ
５を含む吸込み回路に連結されている。この制御箱６に
は、さらに表示装置又は記録装置ならびに加熱プログラ
ミング・調節装置といった通常の電子計装が封じ込めら
れている。
ル３を封じ込めており、このマッフルの中には、放射に
より部品を加熱できる電気熱抵抗器４が配置されてい
る。炉の内部容積は、制御箱６の中に少なくとも部分的
に収納された調節用回路によって操作される真空ポンプ
５を含む吸込み回路に連結されている。この制御箱６に
は、さらに表示装置又は記録装置ならびに加熱プログラ
ミング・調節装置といった通常の電子計装が封じ込めら
れている。
【００２７】また、エンクロージャの内部体積は、流量
計８と各々単数又は複数の噴射ノズル７に結びつけられ
た電磁弁（ブロック９）を連続的に含む回路を介して本
体１／マッフル３のアセンブリを横断する噴射ノズル７
に連結された単数又は複数のガス供給源Ｇ1、Ｇ2（ここ
では１つのプロパン供給源と１つの窒素供給源）を含む
ガス噴射システムに連結されている。
計８と各々単数又は複数の噴射ノズル７に結びつけられ
た電磁弁（ブロック９）を連続的に含む回路を介して本
体１／マッフル３のアセンブリを横断する噴射ノズル７
に連結された単数又は複数のガス供給源Ｇ1、Ｇ2（ここ
では１つのプロパン供給源と１つの窒素供給源）を含む
ガス噴射システムに連結されている。
【００２８】この例においては、炉は互いの上に垂直に
配置された３本のノズルから成る６つのグループ（Ｂ1
〜Ｂ18）を包含し、これらのグループは相互の関係にお
いて角度的に６０度ずつずらされている（図３及び図
４）。図６は、噴射ノズルＢ1〜Ｂ18の場所を示したマ
ッフル３の円筒形表面の展開図であり、一方、図５は、
各々２つの異なるグループに属する２本の噴射ノズルに
対して１つの電磁弁の割合で、９つの電磁弁Ｅ1〜Ｅ9を
含む噴射回路の一実施態様を示している。
配置された３本のノズルから成る６つのグループ（Ｂ1
〜Ｂ18）を包含し、これらのグループは相互の関係にお
いて角度的に６０度ずつずらされている（図３及び図
４）。図６は、噴射ノズルＢ1〜Ｂ18の場所を示したマ
ッフル３の円筒形表面の展開図であり、一方、図５は、
各々２つの異なるグループに属する２本の噴射ノズルに
対して１つの電磁弁の割合で、９つの電磁弁Ｅ1〜Ｅ9を
含む噴射回路の一実施態様を示している。
【００２９】これらの電磁弁の開放及び閉鎖の操作は、
富化段階中に定常運動で押し出される浸炭用ガス流を得
るような形で適切にプログラミングされているマイクロ
コンピュータ１１によって実施される。（１、９、１７
−２、１０、１８−３、１１、１３−４、１２、１４−
１５、７、５−１６、８、６）という順序で図６に表わ
されている噴射ノズルに結びつけられた電磁弁の開放／
閉鎖シーケンスを実施することにより、上昇及び下降ら
せんが得られる。有利なことに、各々の電磁弁は約０．
５秒の長さのループ中１００分の２．７７秒の間作動す
ることができる。浸炭用ガスの方は、噴射ノズルの出口
で１．４８m ／秒の速度を有する可能性がある。
富化段階中に定常運動で押し出される浸炭用ガス流を得
るような形で適切にプログラミングされているマイクロ
コンピュータ１１によって実施される。（１、９、１７
−２、１０、１８−３、１１、１３−４、１２、１４−
１５、７、５−１６、８、６）という順序で図６に表わ
されている噴射ノズルに結びつけられた電磁弁の開放／
閉鎖シーケンスを実施することにより、上昇及び下降ら
せんが得られる。有利なことに、各々の電磁弁は約０．
５秒の長さのループ中１００分の２．７７秒の間作動す
ることができる。浸炭用ガスの方は、噴射ノズルの出口
で１．４８m ／秒の速度を有する可能性がある。
【００３０】また、噴射回路内に浸炭用ガス（プロパ
ン）又は各浸炭段階後にノズルを清掃するのに用いられ
る中性ガス（窒素）を送るように、２つの供給源Ｇ1 、
Ｇ2の出口には２つの補足的電磁弁Ｅ10及びＥ11が具備
されている。前述のように、図７は、平行六面体の形を
したそのマッフル１２のみを概略的に示した炉の中の噴
射ノズルの設置様式を示す。
ン）又は各浸炭段階後にノズルを清掃するのに用いられ
る中性ガス（窒素）を送るように、２つの供給源Ｇ1 、
Ｇ2の出口には２つの補足的電磁弁Ｅ10及びＥ11が具備
されている。前述のように、図７は、平行六面体の形を
したそのマッフル１２のみを概略的に示した炉の中の噴
射ノズルの設置様式を示す。
【００３１】この例において、マッフル１２の左右の側
面ＦＤ、ＦＧには、それぞれ３つのレベルで水平に整列
した５本の噴射用ノズルから成る３つの群が横断してい
る。なおここで各々のノズルは１つの点で表わされてい
る。マッフル１２の上面ＦＳの方には、側面群に平行に
配置された５本の噴射ノズル３群が横断している。
面ＦＤ、ＦＧには、それぞれ３つのレベルで水平に整列
した５本の噴射用ノズルから成る３つの群が横断してい
る。なおここで各々のノズルは１つの点で表わされてい
る。マッフル１２の上面ＦＳの方には、側面群に平行に
配置された５本の噴射ノズル３群が横断している。
【００３２】図８において、これらの面の各々のノズル
は、１回の噴射サイクル中のその開口順に＋１から＋１
８の番号が付されている。なお、炉の３つの面の各々の
上に同じ番号を有する電磁弁は同時に開放し、このシー
ケンスは番号が大きくなる順で繰り広げられる。ノズル
出口のガスの噴射速度はここでは約４．７１m ／秒であ
ってよい。
は、１回の噴射サイクル中のその開口順に＋１から＋１
８の番号が付されている。なお、炉の３つの面の各々の
上に同じ番号を有する電磁弁は同時に開放し、このシー
ケンスは番号が大きくなる順で繰り広げられる。ノズル
出口のガスの噴射速度はここでは約４．７１m ／秒であ
ってよい。
【００３３】この配置のおかげで、マッフルの内部では
電磁弁の各開閉サイクルにおいて水平なガスのらせんが
得られる。一例として図２に示されている炉のタイプの
ベル型炉においては、直径４０mm、厚み１２mm、鋼材タ
イプ１６ ＭＣ ５の丸鋼に対する処理は以下の条件下
で行なうことができる： −部品上の温度＝９６０℃ −プロパン流量＝５リットル／分 −プロパン噴射時間合計＝４２３秒 −圧力＝３．７mbar 以下のような結果が得られた： −浸炭された従来の深さ＝１０分の５ミリメートル −表面硬度（HV０．１）＝６９０〜７２４HV −表面炭素百分率＝０．７５％ −炭素流束（mg／時／cm2)＝１５ −結晶粒度＝７〜８
電磁弁の各開閉サイクルにおいて水平なガスのらせんが
得られる。一例として図２に示されている炉のタイプの
ベル型炉においては、直径４０mm、厚み１２mm、鋼材タ
イプ１６ ＭＣ ５の丸鋼に対する処理は以下の条件下
で行なうことができる： −部品上の温度＝９６０℃ −プロパン流量＝５リットル／分 −プロパン噴射時間合計＝４２３秒 −圧力＝３．７mbar 以下のような結果が得られた： −浸炭された従来の深さ＝１０分の５ミリメートル −表面硬度（HV０．１）＝６９０〜７２４HV −表面炭素百分率＝０．７５％ −炭素流束（mg／時／cm2)＝１５ −結晶粒度＝７〜８
【図１】 本発明に基づく方法による低圧浸炭サイクル
の時間に応じた温度と圧力との関係を示す図である。
の時間に応じた温度と圧力との関係を示す図である。
【図２】 ベル型炉を用いた処理設備の概略図である。
【図３】 処理用ガスの噴射ノズルの設置を示す、図２
の設備内で用いられる炉のマッフルの図（それぞれ軸方
向及び半径方向）である。
の設備内で用いられる炉のマッフルの図（それぞれ軸方
向及び半径方向）である。
【図４】 処理用ガスの噴射ノズルの設置を示す、図２
の設備内で用いられる炉のマッフルの図（それぞれ軸方
向及び半径方向）である。
の設備内で用いられる炉のマッフルの図（それぞれ軸方
向及び半径方向）である。
【図５】 処理用ガスの噴射回路の概略図である。
【図６】 図５の回路の電磁弁の開閉シーケンスを示す
図である。
図である。
【図７】 平行六面体のマッフルを有する炉の中の噴射
ノズルの設置様式を示す概略図である。
ノズルの設置様式を示す概略図である。
【図８】 図７に示されているマッフルの左側壁、上部
壁及び右側壁内のノズルの設置を示す。
壁及び右側壁内のノズルの設置を示す。
１、２ 気密なエンクロージャ ３ 断熱性マッフル ４ 加熱手段 ５ ポンプ吸引ステーション Ｇ１、Ｇ２、７、８、９ 噴射手段 ７ 噴射ノズル ９ 電磁弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック ジャコー フランス国 シャスィユー 69680 リュ デ ベルジュロネット 11 (72)発明者 ソフィー デュボワ フランス国 ヴィルールバンヌ 69621 アヴニュ アルベール アインスタイン 20 (72)発明者 ジョセフィン ジェルマン フランス国 サン サンフォリアン ドゾ ン 69360 リュ ド ラ ポスト ３
Claims (10)
- 【請求項１】 鋼製部品の浸炭（セメンテーション）方
法であって、ポンプ吸引により低圧に維持された酸素を
含まない気体雰囲気の中で８００℃〜１，１００℃、好
ましくは９００℃以上の温度に処理すべき部品を加熱す
ること及び、各々単数又は複数の純粋な炭化水素を含む
処理用ガスを制限された時間噴射することによって得ら
れる複数の連続的炭素富化段階（Ｃ1 、Ｃ2)を遂行する
ことから成り、各々の富化段階（Ｃ1 、Ｃ2)は、高温に
された鋼材のオーステナイト相の飽和段階への移行時間
よりも短い持続時間を呈し、これらの富化段階（Ｃ1 、
Ｃ2)は表面炭素含有量を調整できるようにする、より長
い時間の真空下拡散段階（Ｄ 1 、Ｄ2)によって分離され
ており、前記圧力は、浸炭用雰囲気が飽和されるか又は
高い浸炭ポテンシャルを呈するような気体流量で１〜１
０mbarの値に維持されていること及び、処理用ガスの噴
射段階は、処理すべき部品上を移動する気体流束を発生
させることのできる１つの順序に従って利用される複数
の噴射ノズルを用いて得られることを特徴とする、鋼製
部品の浸炭方法。 - 【請求項２】 処理温度が８００℃以上である、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項３】 圧力が１mbar〜１０mbar、好ましくは５
mbarである、請求項１及び２のいずれか１項に記載の方
法。 - 【請求項４】 噴射されるガスがプロパン又はメタンで
あり、その「クラッキング」又は解離がエチレン及びメ
タンならびに主要浸炭剤つまり炭素原子を生成し、かく
して適合された初期気体流量を用いて炭素が飽和された
雰囲気を生み出す、請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の方法。 - 【請求項５】 噴射は、処理すべき負荷のまわりで気体
流束を回転させるような形で実現される、請求項１乃至
４のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
方法を利用するための装置であって、中に処理すべき負
荷が配置され加熱手段（４）の備わった断熱性マッフル
（３）をポンプ吸引ステーション（５）に連結された気
密なエンクロージャ（１、２）の内部に含むタイプの真
空下の熱処理炉、ならびに炉の内部で処理用ガスを噴射
させることのできる複数の手段（Ｇ1 、Ｇ2 、７、８、
９）を介在させた装置であり、このポンプ吸引ステーシ
ョン（５）はエンクロージャの内部に約１〜１０mbarの
圧力を得ることができるような形で設計され、加熱手段
（４）は炉内部に配置された負荷を８００℃〜１，１０
０℃の温度にするように設計されており、噴射手段（Ｇ
1 、Ｇ2 、７、８、９）は、オーステナイトの飽和閾値
を超えないように計算された制限された持続時間の噴射
段階を行なうように設計されており、各々の噴射段階
は、処理すべき部品上での処理用気体流束の移動を誘発
するため適当な順序に従って噴射手段を連続的に使用す
ることを包むことを特徴とする装置。 - 【請求項７】 各噴射段階の持続時間は１秒〜５分であ
り、及び拡散段階の持続時間はつねに浸炭用ガスの先行
する噴射時間よりも長い、請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 各々の噴射段階が、電磁弁（９）によっ
て流量が制御されている複数の噴射ノズル（７）を用い
て実現され、炉内部でのノズルの配置及び電磁弁（９）
の操作は、負荷のまわりに気体流束の回転動作を得るよ
うな形で設計されている、請求項６及び７のいずれか１
項に記載の装置。 - 【請求項９】 気体流束の動きは上昇及び下降らせんで
ある、請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 気体流束の動きが水平らせんである、
請求項８に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR919111304A FR2681332B1 (fr) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | Procede et dispositif de cementation d'un acier dans une atmosphere a basse pression. |
| FR9111304 | 1991-09-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195192A true JPH05195192A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=9416913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4245041A Pending JPH05195192A (ja) | 1991-09-13 | 1992-09-14 | 低圧雰囲気内での鋼材の浸炭（セメンテーション）のための方法及び装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0532386B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05195192A (ja) |
| AT (1) | ATE136946T1 (ja) |
| DE (1) | DE69209947D1 (ja) |
| FR (1) | FR2681332B1 (ja) |
| TW (1) | TW225558B (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000336469A (ja) * | 1999-05-28 | 2000-12-05 | Nachi Fujikoshi Corp | 真空浸炭方法及び装置 |
| JP2005163056A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Koyo Thermo System Kk | ガス浸炭方法 |
| JP2006022357A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Chugai Ro Co Ltd | 浸炭用ガス製造装置 |
| JP2010053431A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Ihi Corp | 真空浸炭処理方法および真空浸炭処理装置 |
| KR20170052485A (ko) * | 2015-10-30 | 2017-05-12 | 한국생산기술연구원 | 저온 진공침탄방법 |
| KR20180050443A (ko) * | 2016-10-31 | 2018-05-15 | 한국생산기술연구원 | 저압 범위 내에서의 침탄방법 |
Families Citing this family (13)
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| JP3460075B2 (ja) * | 1995-12-28 | 2003-10-27 | 同和鉱業株式会社 | 金属の浸炭方法 |
| AT404029B (de) * | 1996-09-16 | 1998-07-27 | Ald Aichelin Ges M B H | Niederdruck-aufkohlungsanlage |
| US6093303A (en) | 1998-08-12 | 2000-07-25 | Swagelok Company | Low temperature case hardening processes |
| US6165597A (en) * | 1998-08-12 | 2000-12-26 | Swagelok Company | Selective case hardening processes at low temperature |
| US6547888B1 (en) | 2000-01-28 | 2003-04-15 | Swagelok Company | Modified low temperature case hardening processes |
| FR2813892B1 (fr) * | 2000-09-13 | 2003-09-26 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede de traitement thermique d'aciers d'outillages hypoeutectoides |
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| AU2013210034A1 (en) | 2012-01-20 | 2014-09-11 | Swagelok Company | Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization |
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-
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-
1992
- 1992-09-03 DE DE69209947T patent/DE69209947D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-09-03 EP EP92402395A patent/EP0532386B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1992-09-03 AT AT92402395T patent/ATE136946T1/de not_active IP Right Cessation
- 1992-09-14 JP JP4245041A patent/JPH05195192A/ja active Pending
- 1992-10-01 TW TW081107828A patent/TW225558B/zh active
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Also Published As
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|---|---|
| EP0532386B1 (fr) | 1996-04-17 |
| FR2681332B1 (fr) | 1994-06-10 |
| DE69209947D1 (de) | 1996-05-23 |
| TW225558B (ja) | 1994-06-21 |
| EP0532386A1 (fr) | 1993-03-17 |
| FR2681332A1 (fr) | 1993-03-19 |
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