JPS63149313A - ガス焼入炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は所定の熱処理温度に加熱した鋼材等の被熱物を
窒素ガス等の不活性ガス中で急冷することにより焼入す
る炉に関するものである。

［従来の技術］ 鋼材等の被熱物をその組織がオーステナイト状態になる
温度にまで加熱した後急冷することにより焼きが入り所
要の硬度が得られることは周知のとおりで、その冷却手
段としては水や油に被熱物を浸漬させるのが一般的であ
る。或いは水や油による冷却は爾後処理が煩雑になるの
で被熱物をブ素ガス等の不活性ガス雰囲気ガス中におい
て該ガスを冷却媒体として急冷させる方法も知られてい
る。

［従来の技術の問題点］ ところでその冷却速度と硬度との関係はその一例を金型
鋼について示せば第５図のような関係にある。即ち、同
図は冷間金型鋼をそのオーステナイト化温度である８５
０°Ｃに１０分間保持した後に冷却速度を種々変化させ
て焼入れしそのビン力−ス硬さを円内に記したグラフで
ある。このように冷却速度が速いと硬度が高くなり遅い
と低くなることが知られている。しかしながら冷却速度
が速いと一方で歪みが大きくなる。即ち被熱物は急冷す
ることによって温度分布不均一のままでマルテンサイト
変態（膨張する。）を起こすので従来の焼入れではその
被熱物の用途に合わせその均衡を図るべく冷却速度を調
整するようにしていたが、従来の焼入炉はせいぜいその
冷却速度をｙＡ整する程度のことしか行なわれていなか
った。このため焼入硬度を期待すれば歪も大きくならざ
るを得ないという問題があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のガス焼入炉は上記問題点を解決しようとするも
ので、耐圧性の密閉容器内にクーラ、循環ファンおよび
ヒータが設けられ、該密閉容器内に冷却媒体ガスを大気
圧以上の圧力になるよう充填して該冷却媒体ガスを前記
循環ファンにより循環させて該密閉容器内の被熱物を急
冷できるようにしたガス焼入炉において、冷却中の被熱
物の温度変化を継続的に検出する温度検出手段を設け、
被熱物のマルテンサイト変態開始温度（Ｍ　ｓ点）が閾
値として設定され前記温度検出手段の検出信号が入力さ
れる信号制御回路を設け、被熱物温度がその閾値になっ
たとき前記循環ファンを停止するか、ヒータを一時的に
通電するか、或いは冷却媒体ガスの圧力を下げる指令が
該信号制御回路から出て被熱物が爾後徐冷されるように
したことを特徴とするものである。

［作用］ 被熱物がマルテンサイト変態開始温度になるまでは急冷
され爾後徐冷されることでマルテンサイト変態開始と同
時に被熱物の温度分布が均一化する。このため歪が少な
くなると同時に必要な焼入硬度が得られる。

［実施例コ 第１図と第２図にこのガス焼入炉を縦断面図と横断面図
にて示す。図中、１は支台上に横置された円筒形の耐圧
性密閉容器、２はその一端の開閉蓋、３はカーボンファ
イバー製の断熱壁４によって囲われた処理室、５はシリ
ンダ６によって作動する該処理室の開閉蓋、７は該処理
室中に収容された被熱物、８は該処理室中に設けられた
ヒータ。

９は該処理室の一端壁に開設された通気口、１０は該処
理室の周囲壁に設けられた多数の通気小孔。

１１はクーラ、　１２は循環ファン、１３はファンモー
タ。

［４は循環ファン１２の吹出側と通気小孔１０とを連通
ずるダクトである。なお密閉容器１は図示しない真空ポ
ンプおよび窒素ガスタンクに連結されていて該密閉容器
内を減圧したり或いは窒素ガスを充填できるようにして
いる。１５ば先端を被熱物７中に挿入し該被熱物７の温
度を直接測定できるように配設された熱電対である。ま
た１６は当該焼入炉の運転をコントロールするコントロ
ールボックスで、該コントロールボックス中には、ヒー
タ８への通電をコントロールする機能のほか、クーラ１
１への通水量をコントロールし５循環フアン１２の回転
をコントロールする機能、さらには真空ポンプを作動さ
せ密閉容器１内の気圧をコントロールしたり窒素ガスタ
ンクから該密閉容器ｌ中に窒素ガスを供給し該窒素ガス
の密閉容器１の充填圧力をコントロールするなどの機能
がある。１７は熱電対１５による温度検出信号が入力さ
れる信号制御回路である。

しかしてこの焼入炉では被熱物７を処理室３中に収容し
開閉蓋２を閉じた後真空ポンプにより空気を排出し該密
閉容器１内を減圧する。そしてヒータ８を通電し被熱物
７を減圧下にてオーステナイト状態の温度になるまで加
熱する。しかる後該密閉容器１内に窒素ガスを２〜３気
圧になるまで充填し、クーラ１１に通水し循環ファン１
２を作動させ図中矢印で示したように充填された窒素ガ
スを循環させ通気小孔１０より被熱物７に低温の窒素ガ
スが吹付けられるようにして該被熱物７を急冷させる。

冷却中の被熱物７の温度変化は熱電対１５により継続的
に検出される。信号制御回路１７にはマルテンサイト変
態開始温度（Ｍ　ｓ点）が閾値として設定され、熱電対
１５により検出された被熱物７の温度がその閾値である
Ｍｓ点になったときコントロールボックス１６に＠環フ
ァン１２を停止する指令、或いはヒータ８を一時的に通
電する指令、或いは密閉容器１内の窒素ガスを排出して
そのガス圧力を下げる指令を出す。即ち、被熱物７の温
度がＭｓ点まで下がるか或いはその少し前に上記のよう
な冷却要因を断つか或いはヒータを一時点に通電するか
して急冷にストップを掛は爾後被熱物７が徐冷されるよ
うにする。ここで重要な点は温度検出手段の熱電対１５
が炉内ガスの温度に影響されることなく被熱物７の温度
を正確に検出できることである。そのために熱電対１５
はその測定点となる先端を被熱物７中に埋設しておくこ
と、或いはダミー材に孔を開けてその中に熱電対を突っ
込んでおくこと、或いは放射温度計を使用して被熱物の
温度を光学的に測定するようにしてもよい。

また徐冷に切替える手段としては上記のほかクーラの水
を止めること、或いは被熱物の別の徐冷室に移動させる
ことも考えられる。

なお密閉容器ｌ内の窒素ガスの温度（炉温）を常時測定
しその温度から被熱物の温度を演算により述ぬる方法も
ある。即ち、被熱物の温度Ｔ＋ｉは次の微分方程式で与
えられる。

ｄＴｍ　　　　　　　　　　　　Ａ　　・　α　　（Ｔ
す　　−　Ｔｍ）ｄし　　　　　　　　　Ｃｐ−Ｗ 従ってこの場合には第３図に示したように上記微分方程
式を解き被熱物の温度変化を継続的に演算できる演算回
路１８を信号制御回路１７の前段に付加すればよい。

次に、直径１０ミリ長さ２００ミリのハイス鋼１０本を
被熱物としてこれをこのガス焼入炉にて１２００℃に加
熱した後急冷し焼入した例を第４図Ａに示したように従
来どうり途中で冷却速度を変えることなく一気に１００
℃程度まで急冷した場合と、第４図Ｂに示したように途
中のＭｓ点付近で徐冷に切り替えた場合について、夫々
その測温方法と徐冷に切り替える手段とその得られた鋼
材の硬度を歪値とともに次表に示した。

［発明の効果コ このように本発明のガス焼入炉によれば、必要な焼入硬
度が少ない歪で得られるようになりその有益性は誠に顕
著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガス焼入炉の縦断面図
、第２図はその横断面図と制御系統を示した図、第３図
は他の実施例を示した横断面および制御系統図、第４図
は本発明と従来との比較を示した温度曲線図、第５図は
冷却速度と焼入硬度との関係を示した図である。 １・・・・密閉容器、３・・・・処理室、７・・・・被
熱物、８・・・・ヒータ、１０・・・・通気小孔、１１
・・・・クーラ、１２・・・・循環ファン、１５・・・
・熱電対、１６・・・・コントロールボックス、１７・
・・・信号制御回路、１８・・・・演算回路。 特　許　出　願　人　　　大同特殊鋼株式会社１１／イ
ｐ１す〒。 ｉ−’　−、，−市 １−７　′二／：二 代理人弁理士　　伊　藤′　　毅二一〆ｌ第１図 第５図 Ｂ今　ｒ昌Ｃ躬Ｏ マ　　　　　　　　　　町

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐圧性の密閉容器内にクーラ、循環ファンおよびヒータ
   が設けられ、該密閉容器内に冷却媒体ガスを大気圧以上
   の圧力になるよう充填して該冷却媒体ガスを前記循環フ
   ァンにより循環させて該密閉容器内の被熱物を急冷でき
   るようにしたガス焼入炉において、冷却中の被熱物の温
   度変化を継続的に検出する温度検出手段を設け、被熱物
   のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）が閾値として
   設定され前記温度検出手段の検出信号が入力される信号
   制御回路を設け、被熱物温度がその閾値になつたとき前
   記循環ファンを停止するか、ヒータを一時的に通電する
   か、或いは冷却媒体ガスの圧力を下げる指令が該信号制
   御回路から出て被熱物が爾後徐冷されるようにしたこと
   を特徴とするガス焼入炉。