JPS6389615A - Method for quenching in fluidized bed - Google Patents

Method for quenching in fluidized bed

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JPS6389615A
JPS6389615A JP62189051A JP18905187A JPS6389615A JP S6389615 A JPS6389615 A JP S6389615A JP 62189051 A JP62189051 A JP 62189051A JP 18905187 A JP18905187 A JP 18905187A JP S6389615 A JPS6389615 A JP S6389615A
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bed
temperature
article
period
quenching
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JP62189051A
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Japanese (ja)
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ジヤーク・ステフアン・バン・デン・シペ
マーク・アントニ・デラノー
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Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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    • C21D1/56General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents

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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分針 本発明は、流動床中での物品のクエンチングに関するも
のであり、そして流動床中での金属部品のクエンチング
に特に有益である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Minute Hand of the Invention The present invention relates to the quenching of articles in fluidized beds and is particularly useful for quenching metal parts in fluidized beds.

クエンチング技術は物品の温度を急激に変化せしめる為
に物品を熱処理するのに広範に使用されている。一般に
、クエンチング技術は物品温度を急速に下げるのに使用
されるが(この場合、急冷、焼入れ等と呼ばれる)、但
しクエンチング技術は物品温度を急速に昇温するのにも
使用されうる。
Quenching techniques are widely used to heat treat articles in order to rapidly change the temperature of the article. Generally, quenching techniques are used to rapidly reduce the article temperature (in this case referred to as quenching, quenching, etc.), although quenching techniques can also be used to rapidly increase the article temperature.

クエンチングされるべき物品は金属部品であることが多
い。
The articles to be quenched are often metal parts.

クエンチングは従来から多数の方式で実施されている。Quenching has traditionally been performed in a number of ways.

スブレイクエンチングにおいては、液体が被処理物品上
に噴霧される。ガスクエンチングにおいては、物品は、
空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、スチーム或い
は燃焼生成物のような気体或いは蒸気の流動流れ中に置
かれる。フォッグクエンチングにおいては、液滴を連行
する気体或いは蒸気流れがクエンチングされるべき物品
の表面上に差向けられる。浸漬クエンチングにおいては
、物品は、水、塩水、油、溶融塩、ポリマー溶液或いは
液体寒剤のような液体浴中に浸漬される。
In subbreakquenching, a liquid is sprayed onto the article to be treated. In gas quenching, the article is
Placed in a flowing stream of gas or vapor such as air, nitrogen, argon, helium, hydrogen, steam or combustion products. In fog quenching, a stream of gas or vapor entraining droplets is directed onto the surface of the article to be quenched. In immersion quenching, the article is immersed in a liquid bath such as water, brine, oil, molten salt, polymer solution, or liquid cryogen.

これら従来からのクエンチング方法は満足のいく態様で
使用されてきたけれども、これらは多くの欠点を示す。
Although these conventional quenching methods have been used satisfactorily, they exhibit a number of drawbacks.

例えば、油クエンチング剤のような液体はしばしば物品
上に層を残し、これらは除失して清浄にされねばならな
い。溶融塩のような幾つかのクエンチング剤は廃棄処分
問題を有する。
For example, liquids such as oil quenching agents often leave layers on articles that must be removed and cleaned. Some quenching agents, such as molten salts, have disposal problems.

ポリマーや油のような他のクエンチング剤は経時劣化し
従って取替えねばならない。幾つかのクエンチング剤の
また別の欠点は、クエンチング温度がしばしばそれらの
沸騰温度にあり、従って物品の表面に沿って熱伝達速度
を変動せしめるという事実である。
Other quenching agents such as polymers and oils degrade over time and must be replaced. Another disadvantage of some quenching agents is the fact that the quenching temperature is often at their boiling temperature, thus causing the rate of heat transfer to vary along the surface of the article.

流動床が物品のクエンチングにおいて使用されうろこと
が知られておりそしてこれら問題を克服する役目を果す
。流動床クエンチング後、物品の浄化はほとんど乃至全
熱必要とされない。また、流動床において使用される粒
子は不活性でありそして劣化しない。しがし、これまで
、流動床は金属部品のような物品をクエンチングするの
に広範には使用されてこなかった。その理由は、深冷性
の良い合金以外の金属合金製金属部品を、金属部品中に
所望されざる軟質相を形成することなく、満足しうる状
態でクエンチングするには、クエンチング速度が低すぎ
ることであった。
Fluidized beds are known to be used in quenching articles and serve to overcome these problems. After fluidized bed quenching, little to no heat is required to purify the article. Also, the particles used in fluidized beds are inert and do not degrade. However, to date, fluidized beds have not been widely used to quench articles such as metal parts. The reason is that a low quenching rate is required to satisfactorily quench metal parts made of metal alloys other than cryogenic alloys without forming undesirable soft phases in the metal parts. It was too much.

発明の目的 本発明の目的は、金属物品中に所望されざる軟質の相の
形成を回避しつつ金属物品を流動床中にクエンチングし
うる改善された熱処理方法を提供することである。
OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved heat treatment method that allows metal articles to be quenched in a fluidized bed while avoiding the formation of undesired soft phases in the metal articles.

本発明のまた別の目的は、物品を流動床の使用により有
効にクエンチングしうる改善された熱処理方法を提供す
ることである。
It is another object of the present invention to provide an improved method of heat treatment in which articles can be effectively quenched through the use of a fluidized bed.

発明の概要 本発明は、広い概念におい【、 (&)初期温度における物品を用意する段階と、(b)
  細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使用して
最小流動化流量の少くとも15倍の流量において流動化
する段階と、 (e)  物品を前記床中に浸漬する段階と、(dl 
 所望温度が初期温度より低い場合には床を所望温度以
下に維持しなが゛ら、或いは(1)  所望温度が初期
温度より高い場合には床を所望温度以上に維持しながら
、併せて床をクエンチング期間の少くとも一部の間高伝
導性気体を使用して床を流動化しつつ、所望温度を実現
するに充分の期間床中で物品をクエンチングする段階と を包含する物品を所望温度にクエンチングする為の方法
を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, in broad concepts, comprises the steps of (&) providing an article at an initial temperature;
fluidizing a bed of fine solid particles using a highly conductive gas at a flow rate of at least 15 times the minimum fluidization flow rate; (e) immersing an article in said bed;
(1) If the desired temperature is higher than the initial temperature, while maintaining the bed at or above the desired temperature, quenching the article in the bed for a period sufficient to achieve the desired temperature while fluidizing the bed using a highly conductive gas for at least a portion of the quenching period. Provides a method for quenching the temperature.

本発明は、その−特定様相において、 (1)  オーステナイト化温度にある鋼合金物品を用
意する段階と、 (b)細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を用いて
最小流動化流量・の少くとも15倍の流量において流動
化する段階と、 (e)  前記物品を該合金のMs温度より低い床温度
における前記流動床中に浸漬する段階と、(d)  ク
エンチング期間の少くとも一部の間高伝導性気体でもっ
て床を流動化し且つ全クエンチング期間該合金のMs湿
温度り低い温度に床を維持しながら、実質上物品内に所
望されざる軟質相を形成することなく、該合金のM■湿
温度実現するに充分の期間及びクエンチング速度におい
て床中で物品をクエンチングする段階とを包含する鋼合
金物品を熱処理する為の方法を提供する。
In certain aspects thereof, the present invention comprises the steps of: (1) providing a steel alloy article at an austenitizing temperature; (e) immersing said article in said fluidized bed at a bed temperature below the Ms temperature of said alloy; and (d) at least part of a quenching period. While fluidizing the bed with a highly conductive gas during the entire quenching period and maintaining the bed at a temperature below the Ms humidity temperature of the alloy for the entire quenching period, the quenching process is performed without substantially forming undesired soft phases within the article. A method for heat treating a steel alloy article is provided that includes quenching the article in a bed for a period of time and at a quenching rate sufficient to achieve M wet temperature of the alloy.

用語の定義 ここで使用されるものとしての「クエンチング」とは、
物品界面を横切って熱伝達による物品のエンタルピーの
急激な変化を意味し、この場合エンタルピー変化速度は
物品が静止雰囲気中に置かれそしてそれにより取巻かれ
ている場合のそれを超えるものとされる。
Definition of Terms "Quenching" as used herein means:
A rapid change in the enthalpy of an article due to heat transfer across the article interface, where the rate of enthalpy change is taken to be greater than that when the article is placed in and surrounded by a quiescent atmosphere. .

「クエンチング速度」とは、物品がクエンチングされ℃
いる時物品界面を横切っての単位時間当りの熱伝達量を
意味する。
"Quenching rate" is the rate at which an article is quenched in °C.
means the amount of heat transferred per unit time across the article interface.

用語「床」とは、固体粒子により形成される成る画定さ
れた容積或いはかさばすな意味する。
The term "bed" means a defined volume or bulk formed by solid particles.

「細い固定粒子」という用語は、l111.3〜209
7cm”の範囲内の密度と50〜1000ミクロンの範
囲内の平均粒子径を有する多孔質乃至は非多孔質の粒子
を意味する。
The term "thin fixed particles" refers to l111.3-209
Porous or non-porous particles having a density within the range of 7 cm'' and an average particle size within the range of 50 to 1000 microns.

「流動床」という用語は、気体及び/或いは蒸気のよう
な流体を通した床を意味し、ここでは流体成分の流体推
進力が、固体成分のその静止位置からの移動を床中の両
成分の混合を増進する態様で惹起する。「流動化」とい
う言葉は、零体止(安息)角、易動性及び床のかさ密度
に等しい圧力ヘッドのような、床がとる流体類似の特性
から由来する。
The term "fluidized bed" means a bed through which a fluid, such as a gas and/or steam, is passed, in which the fluid motive force of the fluid component causes the movement of the solid component from its rest position into both components in the bed. inducing in a manner that enhances the mixing of The term "fluidization" derives from the fluid-like properties that the bed assumes, such as zero-body angle of repose, mobility, and a pressure head equal to the bulk density of the bed.

「浸漬」という言葉は、処理されるべき物品の実質すべ
てが或いは物品の一部のみが処理されるべき場合には当
該部分の実質すべてがクエンチング中流動化粒子により
取巻かれるように為されることを意味する。
The term "immersion" refers to a process in which substantially all of the article to be treated, or if only a portion of the article is to be treated, substantially all of that portion is surrounded by fluidized particles during quenching. It means to do something.

「最小流動化流量」とは、床が大気圧下で流動床特性を
実現するのに必要な、床を通しての流体成分の最小限の
容積流量を意味する。
"Minimum fluidization flow rate" means the minimum volumetric flow rate of a fluid component through a bed that is necessary for the bed to achieve fluidized bed characteristics at atmospheric pressure.

「沈静(化)床」とは、流体が通されていないか或いは
最小流動化流量未満でしか流体が通されていない床を意
味する。
"Settled bed" means a bed that has no fluid passed through it or only has fluid passed through it at less than a minimum fluidized flow rate.

「高伝導性気体」という用語は、高伝導率気体とも呼ば
れ、同温同圧条件において80%窒素及び20%ヘリウ
ムの混合物の熱伝導率以上の熱伝導率を有する単一気体
、気体混合物、蒸気、蒸気混合物或いは気体−蒸気混合
物を意味する。
The term "highly conductive gas" is also referred to as a high conductivity gas, and refers to a single gas or gas mixture that has a thermal conductivity greater than or equal to the thermal conductivity of a mixture of 80% nitrogen and 20% helium under the same temperature and pressure conditions. , steam, steam mixture or gas-steam mixture.

「鋼合金物品」という用語は、少くとも部分的に鋼或い
は鉄基合金から成る賦形物品を意味する。
The term "steel alloy article" means a shaped article consisting at least in part of steel or iron-based alloy.

「オーステナイト化温度」という用語は、鋼合金物品の
鋼合金がオーステナイトである温度を意味する。
The term "austenitizing temperature" means the temperature at which the steel alloy of a steel alloy article is austenitic.

「Ms1温度」とは、鋼合金のオーステナイト相がマル
テンサイトに変化し始める温度を意味する。
"Ms1 temperature" means the temperature at which the austenite phase of the steel alloy begins to change to martensite.

rMf温度」とは、鋼合金の実質すべてがマルテンサイ
トに変換される温度を意味する。
"rMf temperature" means the temperature at which substantially all of the steel alloy is converted to martensite.

「軟質相」とは、パーライト、フェライト、ベイナイト
等を意味する。
"Soft phase" means pearlite, ferrite, bainite, etc.

「ノーズ(鼻)m度」とは、オーステナイトが軟質相へ
の変態を開始するのに要する時間が最小限である温度を
意味する。
By "nose m degrees" is meant the temperature at which the time required for austenite to begin transformation into a soft phase is minimal.

発明の詳細な説明 本発明方法は、鋼合金物品の熱処理に特に有用であり従
ってこの型式の熱処理に言及して詳述する。従って、こ
こでは、クエンチングは一般に焼入れ(急冷)を指称す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method of the present invention is particularly useful for heat treating steel alloy articles and will therefore be detailed with reference to this type of heat treatment. Therefore, herein, quenching generally refers to quenching (quenching).

本発明方法は任意の合金鋼から成る物品を有効にクエン
チングするのに使用されうる。本方法は、Al5Iタイ
プ4130及び4140のようなり田ムーモリブデン鋼
、Al5I454o、8620.8630及び9860
のようなニッケルークロム−モリブデン鋼、Al5I4
640のようなニッケルーそリプデンfi、Al5I5
140のようなりロム鋼、Al511144及び114
1のようなシリーズ1100の鋼及び熱処理可能なダク
タイル鋳鉄及び可鍛鋳鉄をクエンチングするのに特に有
益である。
The method of the present invention can be used to effectively quench articles made of any steel alloy. The method is applicable to the production of molybdenum steels such as Al5I types 4130 and 4140, Al5I454o, 8620, 8630 and 9860.
Nickel-chromium-molybdenum steels such as Al5I4
640-like nickel-solipden fi, Al5I5
Rom steel like 140, Al511144 and 114
It is particularly useful for quenching Series 1100 steels such as No. 1 and heat treatable ductile and malleable irons.

鋼合金物品はオーステナイト化温度に持ちきたされるか
或いは該温度にある。大半の鋼合金に対する最小オース
テナイト化温度は1500〜1700?の範囲にある。
The steel alloy article is brought to or is at an austenitizing temperature. The minimum austenitizing temperature for most steel alloys is 1500-1700? within the range of

オーステナイト化温度において、鋼合金の組織は実質上
すべてオーステナイトである。オーステナイトという用
語は、マルテンサイト、ノぞ−ライト、フェライト及び
ベイナイトという用語と同じく、当梨者には良く知られ
たものでありそしてこれら組織の定義は次のような熱処
理或いは金属組織等と関連するテキストに見られる: 
「ヒート トリーターズ ガイド、スタンダード プラ
クテイス アンド プロセデュアーズ フォー スチー
ルJ ASMSM@tals Park (1982)
、「アトラス オプアイソサーマル トランスフォーメ
ーション アンド クーリング トランスフォーメーシ
ョン ダイアグラムズJASM。
At the austenitizing temperature, the structure of the steel alloy is substantially all austenitic. The term austenite, like the terms martensite, nozorite, ferrite, and bainite, is well known to those in the field, and the definitions of these structures are related to heat treatment or metallographic structures such as: Found in the text:
“Heat Treaters Guide, Standard Practice and Procedures for Steel J ASMSM@tals Park (1982)
, “Atlas Opisothermal Transformation and Cooling Transformation Diagrams JASM.

M@tals Park (1977)及びメタルズ 
ハンドブック1Vo14  ヒート トリーティング、
ASM、Metals Park(1981)。
M@tals Park (1977) and Metals
Handbook 1Vo14 Heat Treating,
ASM, Metals Park (1981).

本発明方法に有用な床は細い固体粒子から成る。Beds useful in the process of this invention consist of fine solid particles.

本発明において使用されうる床粒子の種類の例として、
酸化アルミニウム、酸化りロム、酸化鉄、酸化チタンの
ような金属酸化物粉末、二酸化ケイ素、ムライト、マグ
ネサイト、酸化ジルコニウム及びフォステライトのよう
な耐火粉末並びに鉄、銅、ニッケル及び炭素のような固
体純元素を挙げることができる。
Examples of the types of bed particles that may be used in the present invention include:
Metal oxide powders such as aluminum oxide, chromium oxide, iron oxide, titanium oxide, refractory powders such as silicon dioxide, mullite, magnesite, zirconium oxide and forsterite, and solids such as iron, copper, nickel and carbon. Pure elements can be mentioned.

本方法において有用な床粒子は30〜1000ミク田ン
の範囲内の平均粒子直径を有する。これより小さい粒子
は流動化困難でありそして不充分な熱伝達しか与えず他
方これらより大きい粒子は充分なる頻度でもって熱伝達
表面と接触せず、乏しい熱伝達しかもたらさずまた床を
流動化するのに大量の気体を必要とする。
Bed particles useful in this method have an average particle diameter within the range of 30 to 1000 microns. Particles smaller than this are difficult to fluidize and provide insufficient heat transfer, while particles larger than this do not contact the heat transfer surface frequently enough and result in poor heat transfer and fluidize the bed. It requires a large amount of gas.

床は高伝導性(率)気体を床を通して流すことにより流
動化される。高伝導率の気体の使用は、本方法の有益な
結果の実現に重要である。その理由は、鋼合金内に軟質
の相を形成することなくMs湿温度達成を可能ならしめ
るようなクエンチング速度を実現するのには、とりわけ
オーステナイト化温度において高伝導率が必要だからで
ある。高伝導性気体の例としては、ヘリウム、水素及び
解離アンモニアが挙げられる。加えて、水素やヘリウム
のような高伝導性純気体と低伝導性気体との混合物も、
先に定義した高伝導性気体要件に合うかぎり使用されう
る。
The bed is fluidized by flowing a highly conductive gas through the bed. The use of high conductivity gases is important to achieving the beneficial results of the method. This is because high conductivity is required, especially at the austenitizing temperature, to achieve quenching rates that allow Ms wet temperatures to be achieved without forming soft phases within the steel alloy. Examples of highly conductive gases include helium, hydrogen and dissociated ammonia. In addition, mixtures of high conductivity pure gases such as hydrogen and helium with low conductivity gases,
It may be used as long as it meets the high conductivity gas requirements defined above.

床は、使用される特定の床粒子の塵式及び寸法に応じて
最小流動化流量の少くとも15倍である気体流量におい
て高伝導性気体で流動化される。
The bed is fluidized with a high conductivity gas at a gas flow rate that is at least 15 times the minimum fluidization flow rate depending on the dust type and size of the particular bed particles used.

好ましくは、高伝導性気体流量は最小流動化流量の2〜
7倍の範囲内にある。足輪した最小流量より少ないと、
粒子の循回が緩慢となって、熱伝達を乏しくする結果と
なる。最小流動化流量の約15倍を超える流量において
は、小さな粒子は床から外へ搬出され始める可能性があ
る。
Preferably, the high conductivity gas flow rate is between 2 and 2 of the minimum fluidization flow rate.
It is within the range of 7 times. If the flow rate is less than the minimum flow rate,
The circulation of particles becomes slow, resulting in poor heat transfer. At flow rates greater than about 15 times the minimum fluidization flow rate, small particles can begin to be carried out of the bed.

床が所定の気体流量において高伝導性気体で流動化され
る時、オーステナイト鋼合金物品がクエンチングの為流
動床中に浸漬される。
When the bed is fluidized with a highly conductive gas at a predetermined gas flow rate, an austenitic steel alloy article is immersed into the fluidized bed for quenching.

鋼合金物品は、床中に物品の温度をMs湿温度で或いは
それより低く減するに充分の時間保持される。この温度
低減は急速に為される。即ち、物品は急冷される。最初
、クエンチングは必ず、床を高伝導性気体で流動化しつ
つ実施される。Ms湿温度の物品のクエンチングは全体
期間床を高伝導性気体で流動化しながら実施してもよい
し或いは一部の期間床を沈静状態としてそして/或いは
低伝導性気体で流動化しつつ実施することも出来る。本
発明目的には、高伝導性気体でない気体はいずれも低伝
導性気体である。しかし、クエンチング段階中物品の冷
却速度が合金中に軟質相の形成な(Ms湿温度達するに
充分の物品温度の減少を可能ならしめるに充分であるこ
とがきわめて重要である。クエンチングを好首尾に実施
する為には、状況によっては、クエンチング期間中定義
された限度を守りつつ流動化気体流量を変更する必要性
も生じよう。
The steel alloy article is held in the bed for a sufficient period of time to reduce the temperature of the article at or below the Ms wet temperature. This temperature reduction occurs rapidly. That is, the article is rapidly cooled. Initially, quenching is always carried out while fluidizing the bed with a highly conductive gas. Quenching of articles at Ms wet temperature may be carried out with the bed fluidized with a high conductivity gas for the entire period or with the bed quiescent and/or fluidized with a low conductivity gas for a portion of the period. You can also do that. For purposes of this invention, any gas that is not a high conductivity gas is a low conductivity gas. However, it is critical that the cooling rate of the article during the quenching step is sufficient to prevent the formation of soft phases in the alloy (Ms wet temperature). For successful implementation, under some circumstances it may be necessary to vary the fluidization gas flow rate while adhering to defined limits during the quenching period.

クエンチング速度は一般に、マグネチックテスト1ゼネ
ラルモーターズクエンチオメータテスト或イはニッケル
ボールテストとして斯界で様々の名で知られた方法によ
り測定される。この方法は、約18オンス(50g)の
重量の、1インチ(22−)ニッケル製の球を所定の高
温に加熱しそして後評価されるべきクエンチング剤中に
所定の低温まで球を急冷することから成る。球の温度が
高温から低温まで下がるに要した時間がクエンチング速
度のめやすである。鋼合金物品の熱処理の為の本発明方
法において、1(500?及び6847の温度間でニッ
ケルボール試験により測定したとしての初期クエンチン
グ速度は24秒未満である。
Quenching rate is generally measured by a method known variously in the art as the Magnetic Test 1 General Motors Quenchiometer Test or the Nickel Ball Test. This method involves heating a 1 inch (22-) nickel ball weighing approximately 18 ounces (50 g) to a predetermined high temperature and quenching the ball to a predetermined low temperature in a quenching agent to be subsequently evaluated. consists of things. The time required for the temperature of the ball to drop from high to low is a measure of the quenching rate. In the inventive method for heat treatment of steel alloy articles, the initial quenching rate as measured by the nickel ball test between temperatures of 1 (500? and 6847) is less than 24 seconds.

本方法をより明瞭に例示する為に、概略的な鋼合金時間
−温度−変態図上に重ねてクエンチング曲線を描いた図
面を参照されたい。図面において、線1はMs湿温度示
しそして線2はMf湿温度示す。
To more clearly illustrate the method, reference is made to the drawing in which a quenching curve is superimposed on a schematic steel alloy time-temperature-transformation diagram. In the drawings, line 1 represents the Ms humidity temperature and line 2 represents the Mf humidity temperature.

線3は鋼合金が軟質相変態を形成し始める変態開始線を
示しそして線4はどこで軟質相への変態が完了するかを
示す。図面かられかるように、もしMs湿温度最初に達
成されないならどこで軟質相が鋼合金中に形成されるか
を示す線3は明確な工方へのふくらみ即ちノーズ(鼻)
6を示す。クエンチング開始後ノーズに達するまでの経
過時間は合金の種類と共に変化しそしてここで参照した
TTT図から得られる。
Line 3 indicates the transformation initiation line where the steel alloy begins to form a soft phase transformation and line 4 indicates where the transformation to the soft phase is complete. As can be seen from the drawing, line 3 indicates where the soft phase will form in the steel alloy if the Ms humidity temperature is not first achieved.
6 is shown. The elapsed time from initiation of quenching to reaching the nose varies with alloy type and can be obtained from the TTT diagrams referenced herein.

曲線7は、物品の温度がオーステナイト温度かからMs
温度で降下する時クエンチング期間全体が床を高伝導性
気体で流動しつつ実施される場合の本方法によりクエン
チングされた物品に対する一般化されたクエンチング曲
線を例示する。クエンチング速度はクエンチング曲線7
の勾配の絶対値である。図かられかるように、クエンチ
ング速度は変態開始線5と交差することなくMs湿温度
示す線1と交差することを可能とするに充分であるO 床は、Ml温度より低い温度で流動されそして好ましく
は合金のMf湿温度り低い温度で流動される。
Curve 7 shows that Ms
Figure 2 illustrates a generalized quenching curve for an article quenched by the present method when the entire quenching period is carried out with flowing highly conductive gas through the bed as the temperature decreases. Quenching speed is quenching curve 7
is the absolute value of the slope of . As can be seen from the figure, the quenching rate is sufficient to allow crossing the Ms wet temperature line 1 without intersecting the transformation onset line 5. The O bed is flowed at a temperature lower than the Ml temperature. It is then preferably flowed at a temperature lower than the Mf humidity temperature of the alloy.

当業者に知られているように1急速な冷却は合金中に応
力を誘起する可能性があるために必ずしも所望されない
。従って、軟質相変態開始線と交差することなく可能な
ら、床の操作様式を変更することによりクエンチング速
度を減少することが出来る。床を高伝導性気体で流動化
する初期期間後、プ胃セスは床を低伝導性気体まで流動
化しながら実施されうるしまた床を沈静した状態で実施
されうる。これら2操作様式間を交互して行いうるしま
た任意の時点で末を高伝導性気体で再流動化しうる。高
伝導性気体を使用しての流動化からまた別の床操作様式
へ変更するに都合の良い時点は、物品温度がノーズ(鼻
)温度より下に下がった時点である。前述したように、
クエンチングは、物品中に所望されざる軟質相を実質上
形成することなく合金のMs湿温度実現するに充分のク
エンチング速度において所定時間続けられる。
As is known to those skilled in the art, 1 rapid cooling is not necessarily desired as it can induce stresses in the alloy. Therefore, the quenching rate can be reduced by changing the bed operating regime if possible without intersecting the soft phase transformation initiation line. After an initial period of fluidizing the bed with a high conductivity gas, purges can be performed with the bed fluidized to a low conductivity gas or with the bed quiescent. It is possible to alternate between these two modes of operation and to refluidize the powder with a highly conductive gas at any point. A convenient point to change from fluidization using highly conductive gas to another mode of bed operation is when the article temperature falls below nose temperature. As previously mentioned,
Quenching is continued for a predetermined period of time at a quenching rate sufficient to achieve the Ms wet temperature of the alloy without substantially forming undesired soft phases in the article.

ひとたびMs湿温度達すると、所望なら、床から物品を
取出してもよい。しかし、物品を床中に保持しそしてM
f湿温度で更にクエノチングすることが好ましい。この
追加クエンチングは、図面に概略的に示されるように、
高伝導性気体を使用して床を流動化しつつ実施されうる
が、好ましくは床を沈静した状態で或いは低伝導性気体
で床を流動化しながら実施されうる。追加クエンチング
は、末をこれら3つの操作様式のいずれかとして実施で
きるしまた軟質相変態開始線4と交差することな(Mf
湿温度実現するに充分のクエンチング速度をとりうるか
ぎりそれらの間で切換可能である。
Once the Ms humidity temperature is reached, the article may be removed from the floor if desired. However, if the item is kept in the floor and M
It is preferable to further quenotate at a humid temperature. This additional quenching is shown schematically in the drawing.
It may be carried out using a high conductivity gas to fluidize the bed, but preferably it may be carried out with the bed quiescent or with a low conductivity gas fluidizing the bed. Additional quenching can be carried out in any of these three operating modes and without intersecting the soft phase transformation initiation line 4 (Mf
It is possible to switch between them as long as the quenching rate is sufficient to achieve the humidity temperature.

マルテンパリングや改良型マルテン/くリングのような
特殊な熱処理技術が本方法を使用して実施可能である。
Special heat treatment techniques such as martempering and modified marten/curling can be performed using the present method.

本方法を使用してマルテンパリングを実施する為には、
鋼合金物品温度がノーズ(鼻)温度より下に降下するが
、いまだMs温度以上にある間に床を高伝導性気体を使
用して流動化しつつ該物品がクエンチングされる。その
後、物品温度が平衡するまで、即ち物品の中心部におけ
る温度が物品表面における温度に実質等くなる時点まで
床は沈静化される。その後、床は低伝導性気体を使用し
て再流動化されそして物品は床中でMf湿温度でクエン
チングされる。
To perform martempering using this method,
While the steel alloy article temperature drops below the nose temperature but is still above the Ms temperature, the article is quenched while fluidizing the bed using a highly conductive gas. The bed is then allowed to settle until the article temperature equilibrates, ie, the temperature at the center of the article is substantially equal to the temperature at the surface of the article. The bed is then refluidized using a low conductivity gas and the article is quenched in the bed at Mf humid temperature.

本方法を使用してマルテンパリングを実施するまた別の
方法において、鋼合金物品は、その温度がノーズ(鼻)
温度より下に下がるまで、但し、いまだMs温度以上に
ある間に床を高伝導性気体を使用して流動化しつつクエ
ンチングされる0その後、床は低伝導性気体を用いて流
動化されそして物品は床中でMf湿温度でクエンチング
される。
In yet another method of performing martempering using the present method, the steel alloy article is heated at a temperature of
The bed is then fluidized using a low conductivity gas and quenched while the bed is fluidized using a high conductivity gas until the temperature drops below the The article is quenched in the bed at Mf humidity temperature.

本方法を使用して改良マルテンパリングを実施する為に
は、物品温度がKm温度より下に下がるまでしかしMf
湿温度りまだ高い間に高伝導性気体を使用して床を流動
化しつつ鋼合金物品はクエンチングされる。その後、床
は低伝導性気体を使用、して流動化されそして物品は床
中でMf湿温度でクエンチングされる。
To perform modified martempering using this method, Mf
The steel alloy article is quenched while the humidity temperature is still high while fluidizing the bed using a highly conductive gas. The bed is then fluidized using a low conductivity gas and the article is quenched in the bed at Mf humidity temperature.

本発明方法を例示目的で呈示する次の実施例に基いて更
に詳述する。
The method of the invention will be explained in more detail on the basis of the following examples, which are presented for illustrative purposes.

実施例1 4140鋼製の鋼合金部品を16257のオーステナイ
ト化温度まで加熱した。この鋼合金のMm温度は650
?である。220メツシユの酸化アルミニウム粒から成
る床をヘリウムを使用して床の単位ft”当り150 
f t”/hr (標準状態)の流量において流動化し
た。この流量は床の最小流動化流量の約2倍である。こ
の合金のノーズ(鼻)温度はクエンチング開始後約3秒
で起る。
Example 1 A steel alloy part made of 4140 steel was heated to an austenitizing temperature of 16257. The Mm temperature of this steel alloy is 650
? It is. A bed consisting of 220 mesh aluminum oxide grains was heated using helium at 150 mesh per ft” of bed.
The alloy was fluidized at a flow rate of f t”/hr (standard conditions), which is approximately twice the bed minimum fluidization flow rate. Ru.

部品を流動化された床中に浸漬しそして部品温度が50
07に達する士でクエンチングした。その後、ヘリウム
流れを遮断しそして床を15分間沈静化した。床を窒素
(低伝導性気体)を使用して、部品温度がMf湿温度達
し更に175?の床温度に達するまで再流動化した。部
品を床から取出しそして硬度試験に供した。試験は一部
品表面以下賜インチ及び1インチ両部位において52R
c(Cスケールでのロックウェル硬度番号)の硬さを示
し、これは軟質相の形成なく実質上完全な丈ルチンサイ
ト組織が形成されたことを示す。
The part is immersed in a fluidized bed and the part temperature is 50°C.
It was quenched when it reached 07. Thereafter, the helium flow was shut off and the bed was allowed to settle for 15 minutes. Using nitrogen (low conductivity gas) on the bed, the part temperature reaches Mf humidity temperature and then 175? The mixture was refluidized until a bed temperature of . The parts were removed from the floor and subjected to hardness testing. The test was carried out at 52R on both the inch and 1 inch parts below the surface of the part.
c (Rockwell hardness number on the C scale), which indicates that a substantially complete rutinsite structure was formed without the formation of a soft phase.

実施例2 例1の手順を、鋼合金部品が55o?のM3温度を有す
る4 540il製であることを除いて繰返した。部品
は表面下賜インチ及び1インチの部位において52Rc
の硬さ値を有し、これは軟質相の形成なく実質上完全な
マルテンサイトの形成を示すO 実施例3 %インチ直径×6インチ長さの寸法を有する、862 
o!1製の鋼合金部品を1550下の温度において表面
で10%炭素まで浸炭した。220メツシュの酸化アル
ミニウム粒から成る床をヘリウムを用いて225 f 
t”/hr (標準状態)の流j1(最小流動化流量の
約3倍)において流動化した。部品を流動床中に浸漬し
そして部品温度がM−温度以下となりそして床温度に実
質等しくなるまでの期間クエンチングした。この期間は
約60秒であった。部品を床から取出しそして4007
で15時間焼戻した。部品の一つの端からにインチの部
片を切断することにより金属組織試験片を作成した。試
験片の表面硬さは、15Nスケールで測定したとして9
0でありNそして芯即ち中心部の硬さはロックウェルC
スケールで測定したとして45であった。
Example 2 The procedure of Example 1 was repeated for steel alloy parts of 55°? was repeated except that it was made of 4 540 il with an M3 temperature of . The parts are 52Rc at the bottom inch and 1 inch area.
Example 3: 862%, having dimensions of 862% inch diameter x 6 inch length, indicating substantially complete martensite formation without the formation of a soft phase.
o! EXAMPLE 1 Steel alloy parts manufactured by No. 1 were carburized to 10% carbon on the surface at temperatures below 1550°C. A bed of 220 mesh aluminum oxide grains was heated to 225 f using helium.
The part was immersed in the fluidized bed and the part temperature was below the M-temperature and substantially equal to the bed temperature. This period was approximately 60 seconds.The part was removed from the floor and quenched for a period of 4007 seconds.
It was tempered for 15 hours. Metallographic specimens were prepared by cutting inch pieces from one end of the part. The surface hardness of the test piece is 9 as measured on a 15N scale.
0, N, and the hardness of the core or center is Rockwell C
It was 45 when measured on a scale.

これら部品に対する最小許容硬さ値は表面及び芯におい
てそれぞれ80及び30であった。
The minimum acceptable hardness values for these parts were 80 and 30 for the surface and core, respectively.

比較目的で、例3の過程を流動用、気体として窒素を使
用した点を除いて繰返した。この窒素流動化床のサンプ
ルの表面硬さは89であったが、芯硬さは僅か22であ
った。この事実は本発明方法の使用により達成しうる部
品硬さの顕著な改善を実証する。
For comparative purposes, the process of Example 3 was repeated except that nitrogen was used as the flow gas. The surface hardness of this nitrogen fluidized bed sample was 89, but the core hardness was only 22. This fact demonstrates the significant improvement in part hardness that can be achieved by using the method of the invention.

合金組織をベイナイト質に変態せしめる合金のオーステ
ンノリングを実施するのに本発明のクエンチング方法を
使用することが出来る。この方法は鋳鉄の熱処理にとり
わけ有用である。本発明方法のこの追加的様相は次の通
り定輯できる:鋼合金中にベイナイト組織を形成する為
鋼合金物品のオーステンパリングの為の方法であって、
(&)  鋼合金物品をオーステナイト化温度において
用意する段階と、 (b)  細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使
用して最小流動化流量の少くとも15倍の流量において
該合金のMf湿温度からMs温度り507高い温度まで
の範囲内の温度において流動化する段階と、 (c)  前記流動床中に物品を浸漬しそして物品温度
が前記床温度における流動床の温度まで減少するまで成
る期間流動床中で物品をクエンチングし同時にクエンチ
ング期間の少くとも一部の期間床を高伝導性気体で流動
化する段階と、(d)  高伝導性気体の流れを停止し
そして物品を床中に床温度において鋼合金中にマルテン
サイトの実質的形成を回避するに充分の期間維持する段
階と を包含するオーステンパリング方法。
The quenching method of the present invention can be used to perform austenoring of an alloy that transforms the alloy structure to bainitic. This method is particularly useful for heat treating cast iron. This additional aspect of the method of the invention can be formulated as follows: A method for austempering a steel alloy article to form a bainitic structure in the steel alloy, comprising:
(&) providing a steel alloy article at an austenitizing temperature; (c) immersing an article in said fluidized bed until the article temperature decreases to the temperature of the fluidized bed at said bed temperature; quenching the article in the fluidized bed for a period of time and simultaneously fluidizing the bed with a highly conductive gas for at least a portion of the quenching period; (d) stopping the flow of the highly conductive gas and discharging the article; maintaining the bed at bed temperature for a period sufficient to avoid substantial formation of martensite in the steel alloy.

オーステンパリング処理の段階(d)は、床を沈静して
或いは床を低伝導性気体で流動化して実施できそしてこ
れら2つの床操作様式間で交互に為されうる。
Step (d) of the austempering process can be carried out with the bed settled or with the bed fluidized with a low conductivity gas and can be alternated between these two modes of bed operation.

本発明のクエンチング方法はまた、アルミニウム製物品
を有効にクエンチングするのにも使用されうる。これま
で、アルミニウム及びアルミニウム合金は水或いはポリ
マクエンチング剤を用いてクエンチングされておりそし
てこれらクエンチング剤は時効後の高強度や耐応力腐食
割れ性のような所望の金属学的性質を達成するに充分の
クエンチング速度を可能ならしめた。しかし、とりわけ
比較的薄肉の物品に対しては、従来クエンチング剤は、
相当量の歪みを誘起しやすく、これは矯正作業に関連す
る相当のコスト増を招いた0本発明方法は、部品中に小
さな析出物の−様な分布の形成に必要とされるに充分に
高いクエンチング速度においてアルミニウム及びアルミ
ニウム合金をクエンチングすることが出来る。この−様
な分布は部品が高い強度を持つのに必要である。しかも
、本発明方法を使用すれば、床を沈静状態として操作す
ることKより或いは床を低伝導性気体を使用して流動化
することによりクエンチング速度を調節しそしてフント
ロールすることが出来るので、アルミニウム物品を物質
中に歪みを実質上回避するクエンチング速度においてク
エンチングすることが出来る。アルミニウム或いはアル
ミニウム合金に適用するものとしての本発明方法は、次
の通り定義することができる: (−)  クエンチングにより物品の硬化を可能ならし
めるに充分の昇温下においてアルミニウム及び/或いは
アルミニウム合金から成る物品を用意する段階と、 (b)  細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使
用して最小流動化流量の少くとも15倍の流量において
流動化する段階と、 (c)  物品を前記流動床中に浸漬する段階と、(d
)  クエンチング期間の少くとも一部の間高伝導性気
体を使用して床を流動化しつつ、床中で物品を免インチ
径ニッケルボールが750Tから550?まで28秒未
満で冷却されるようなクエンチング速度において物品の
硬度を増大するに充分の期間クエンチングする段階と を包含するアルミニウム及び/或いはアルミニウム合金
から成る物品を熱処理する為の方法。
The quenching method of the present invention can also be used to effectively quench aluminum articles. Traditionally, aluminum and aluminum alloys have been quenched using water or polymeric quenching agents, and these quenching agents achieve desired metallurgical properties such as high strength after aging and resistance to stress corrosion cracking. This enabled a sufficient quenching rate to be achieved. However, especially for relatively thin-walled articles, conventional quenching agents
The method of the present invention tends to induce a considerable amount of distortion, which results in a considerable increase in costs associated with straightening operations. Aluminum and aluminum alloys can be quenched at high quenching rates. This -like distribution is necessary for the component to have high strength. Moreover, using the method of the invention, the quenching rate can be adjusted and controlled by operating the bed in a quiescent state or by fluidizing the bed using low conductivity gases. , an aluminum article can be quenched at a quenching rate that substantially avoids distortion in the material. The method of the invention as applied to aluminum or aluminum alloys can be defined as follows: (-) Aluminum and/or aluminum alloys at an elevated temperature sufficient to enable hardening of the article by quenching. (b) fluidizing a bed of fine solid particles using a highly conductive gas at a flow rate of at least 15 times the minimum fluidization flow rate; and (c) providing an article comprising: immersing in the fluidized bed; (d)
) 750T to 550 inch diameter nickel balls are released in the bed while fluidizing the bed using a highly conductive gas for at least part of the quenching period. quenching for a period sufficient to increase the hardness of the article at a quenching rate such that the article is cooled in less than 28 seconds.

一般に、段階(&)の昇温湿度は、少くとも7507で
ありそして通常800?を越える。段N (d)は全期
間床を高伝導性気体で流動化し℃実施されうるが、一般
にそして好ましくは一部の期間床を低伝導性気体で流動
化して或いは床を沈静様式で操作し【実施される段階(
d)は好都合には物品が周囲温度或いはそれに近い温度
に達するまで続行される。
Generally, the temperature and humidity of the stage (&) is at least 7507 and usually 800? exceed. Stage N(d) can be carried out with the bed fluidized with a high conductivity gas for the entire period at °C, but generally and preferably with the bed fluidized with a low conductivity gas for a portion of the period, or the bed is operated in a subdued mode. The stage to be carried out (
d) is conveniently continued until the article reaches ambient or near ambient temperature.

本発明のクエンチング方法は、メタル、ガラス1セラξ
ツク或いはプラスチックのような任意の有効に熱処理可
能な材料から成る物品の温度を急速に降温或いは急速に
昇温するのにもまた使用される。物品の急速な温度増減
に適用されるものとしての本クエンチング方法は次のよ
うに定義することが出来る: (c)  初期温度における物品を用意する段階と、(
b)  細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使用
して最小流動化流量の少くとも15倍の流量において流
動化する段階と、 (1)  物品を前記床中に浸漬する段階と、(1) 
 所望温度が初期温度よグ低い場合には床を所望温度以
下に維持しながら、或いは (1)  所望温度が初期温度より高い場合には床を所
望温度以上に維持しながら、併せて床をクエンチング期
間の少くとも一部の間高伝導性気体を使用して床を流動
化しつつ、所望温度を実現するに充分の期間床中で物品
をクエンチングする段階と を包含する物品を所望温度にクエンチングする為の方法
The quenching method of the present invention is applicable to metal, glass 1-cell
It may also be used to rapidly cool down or rapidly raise the temperature of articles made of any effectively heat treatable material such as wood or plastic. The present quenching method as applied to rapid temperature increases and decreases of an article can be defined as: (c) providing an article at an initial temperature;
b) fluidizing a bed of fine solid particles using a highly conductive gas at a flow rate of at least 15 times the minimum fluidization flow rate; (1) immersing an article in said bed; 1)
(1) If the desired temperature is higher than the initial temperature, the bed is maintained at or above the desired temperature while simultaneously quenching the bed. quenching the article in the bed for a period sufficient to achieve the desired temperature while fluidizing the bed using a highly conductive gas for at least a portion of the quenching period. A method for quenching.

段N(d)は、全期間高伝導性気体を使用して床を流動
化しつつ実施されうるし、また段階(d)は一部の期間
床を低伝導性気体で流動化し℃或いは沈静様式で操作し
て実施されうる。
Stage N(d) may be carried out with the bed fluidized using a high conductivity gas for the entire period, or stage (d) may be carried out with the bed fluidized for a portion of the time using a low conductivity gas or in a subdued manner. It can be implemented by manipulating.

発明の効果 本発明方法の使用により1流動床の使用による物品の温
度の急速な変化が可能となり以って従来からのクエンチ
ング剤を使用して可能であった温度変化プロセスを上回
る大きなコントロールヲ可能ならしめる。更に、本発明
のクエンチングプロセスははるかに操作性に優れそして
従来プロセスより清浄性に優れる。本発明方法は特に所
望の内部金属組織を実現するべく金属部品を熱処理する
のに有益に適用しうる。
ADVANTAGES OF THE INVENTION The use of the method of the invention allows rapid changes in the temperature of an article through the use of a fluidized bed, thereby providing greater control over the temperature change process than was possible using conventional quenching agents. Make it seem possible. Additionally, the quenching process of the present invention is much easier to operate and cleaner than conventional processes. The method of the invention can be particularly advantageously applied to heat treating metal parts to achieve a desired internal metallographic structure.

図面は、時間−温度−変態(TTT)線図と鋼合金クエ
ンチング曲線を併せて示す線図である。
The drawing is a diagram showing both a time-temperature-transformation (TTT) diagram and a steel alloy quenching curve.

しぜjShizej

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)(a)オーステナイト化温度にある鋼合金物品を用
意する段階と、 (b)細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を用いて
最小流動化流量の少くとも1.5倍の流量において流動
化する段階と、 (c)前記物品を該合金のMs温度より低い床温度にお
ける前記流動床中に浸漬する段階と、(d)クエンチン
グ期間の少くとも一部の間高伝導性気体でもつて床を流
動化し且つ全クエンチング期間該合金のMs温度より低
い温度に床を維持しながら、実質上物品内に所望されざ
る軟質相を形成することなく、該合金のMs温度を実現
するに充分の期間及びクエンチング速度において床中で
物品をクエンチングする段階と を包含する鋼合金物品を熱処理する為の方法。 2)床が段階(d)の全期間中高伝導性気体で流動化さ
れる特許請求の範囲第1項記載の方法。 3)床が段階(d)の一部の期間中のみ高伝導性気体で
流動化される特許請求の範囲第1項記載の方法。 4)床が高伝導性気体で流動化される段階(d)の期間
部分が期間の初期部分である特許請求の範囲第3項記載
の方法。 5)床が高伝導性気体で流動化されていない段階(d)
の期間の少くとも一部中、床が低伝導性気体で流動化さ
れる特許請求の範囲第3項記載の方法。 6)床が高電導性気体で流動化されていない段階(d)
の期間の少くとも一部中、床が沈静状態で操作される特
許請求の範囲第3項記載の方法。 7)高伝導性気体がヘリウムである特許請求の範囲第1
項記載の方法。 8)高伝導性気体が水素である特許請求の範囲第1項記
載の方法。 9)段階(d)後、物品が追加期間床中に保持されそし
てMf温度まで追加クエンチングされる特許請求の範囲
第1項記載の方法。 10)追加期間の少くとも一部中、床が高伝導性気体で
流動化される特許請求の範囲第9項記載の方法。 11)追加期間の少くとも一部中、床が低伝導性気体で
流動化される特許請求の範囲第9項記載の方法。 12)追加期間の少くとも一部中、床が沈静状態で操作
される特許請求の範囲第9項記載の方法。 13)床温度がMf温度より低く維持される特許請求の
範囲第1項記載の方法。 14)段階(d)の開始における初期クエンチング速度
が7/8インチ径ニッケルボールが1600°Fから6
80°Fまで24秒未満で冷却されるようなものである
特許請求の範囲第1項記載の方法。 15)物品温度がノーズ温度より下に低下する時、但し
Ms温度よりまだ上にある間に、床が低伝導性気体で流
動化されそして物品が床中でMf温度までクエンチング
される鋼合金物品のマルテンパリングの為の特許請求の
範囲第9項記載の方法。 16)物品温度がノーズ温度より下に低下する時、但し
Ms温度よりまだ上にある間に、床が物品温度が平衡化
するに充分の期間沈静化されそして後床が低伝導性気体
で再流動化されそして物品が床中でMf温度までクエン
チングされる鋼合金物品のマルテンパリングの為の特許
請求の範囲第9項記載の方法。 17)物品温度がMs温度より下に低下した時但しMf
温度よりまだ上にある間に、床が低伝導性気体で流動化
されそして物品がMf温度まで床中でクエンチングされ
る鋼合金物質の改良マルテンパリングの為の特許請求の
範囲第9項記載の方法。 18)物品温度がMs温度より下に低下する時、但しM
f温度よりまだ上にある間に、床が物品温度が平衡化す
るに充分の期間沈静化されそして後床が低伝導性気体で
再流動化されそして物品が床中でMf温度までクエンチ
ングされる鋼合金物品の改良マルテンパリングの為の特
許請求の範囲第9項記載の方法。 19)鋼合金中にベイナイト組織を形成する為鋼合金物
品のオーステンパリングの為の方法であつて、(1)鋼
合金物品をオーステナイト化温度において用意する段階
と、 (b)細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使用し
て最小流動化流量の少くとも1.5倍の流量において該
合金のMf温度からMs温度より50°F高い温度まで
の範囲内の温度において流動化する段階と、 (c)前記流動床中に物品を浸漬しそして物品温度が前
記床温度における流動床の温度まで減少するまで或る期
間流動床中で物品をクエンチングし同時にクエンチング
期間の少くとも一部の期間床を高伝導性気体で流動化す
る段階と、 (d)高伝導性気体の流れを停止しそして物品を床中に
床温度において鋼合金中にマルテンサイトの実質的形成
を回避するに充分の期間維持する段階と を包含するオーステンパリング方法。 20)段階(d)の少くとも一部が床を沈静状態として
実施される特許請求の範囲第19項記載の方法。 21)段階(d)の少くとも一部が床を低伝導性気体を
使用して流動化しつつ実施される特許請求の範囲第19
項記載の方法。 22)(a)クエンチングにより物品の硬化を可能なら
しめるに充分の昇温下においてアルミニウム及び/或い
はアルミニウム合金から成る物品を用意する段階と、 (b)細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使用し
て最小流動化流量の少くとも1.5倍の流量において流
動化する段階と、 (c)物品を前記流動床中に浸漬する段階と、(d)ク
エンチング期間の少くとも一部の間高伝導性気体を使用
して床を流動化しつつ、床中で物品を7/8インチ径ニ
ッケルボールが750°Fから550°Fまで28秒未
満で冷却されるようなクエンチング速度において物品の
硬度を増大するに充分の期間クエンチングする段階を包
含するアルミニウム及び/或いはアルミニウム合金から
成る物品を熱処理する為の方法。 23)昇温温度が少くとも750°Fである特許請求の
範囲第22項記載の方法。 24)段階(d)が全期間床を高伝導性気体で流動化し
て実施される特許請求の範囲第22項記載の方法。 25)段階(d)が一部の期間床を低伝導性気体で流動
化して実施される特許請求の範囲第22項記載の方法。 26)段階(d)が一部の期間床を沈静状態として実施
される特許請求の範囲第22項記載の方法。 27)(a)初期温度における物品を用意する段階と、
(b)細い固体粒子から成る床を高伝導性気体を使用し
て最小流動化流量の少くとも1.5倍の流量において流
動化する段階と、 (c)物品を前記床中に浸漬する段階と、 (d)(i)所望温度が初期温度より低い場合には床を
所望温度以下に維持しながら、或いは (ii)所望温度が初期温度より高い場合には床を所望
温度以上に維持しながら、併せて床をクエンチング期間
の少くとも一部の間高伝導性気体を使用して床を流動化
しつつ、所望温度を実現するに充分の期間床中で物品を
クエンチングする段階と を包含する物品を所望温度にクエンチングする為の方法
。 28)段階(d)が全期間床を高伝導性気体で流動化し
て実施される特許請求の範囲第27項記載の方法。 29)段階(d)が一部の期間床を低伝導性気体で流動
化して実施される特許請求の範囲第27項記載の方法。 30)段階(d)が一部の期間床を沈静状態として実施
される特許請求の範囲第27項記載の方法。
Claims: 1) (a) providing a steel alloy article at an austenitizing temperature; (c) immersing said article in said fluidized bed at a bed temperature below the Ms temperature of said alloy; and (d) for at least a portion of a quenching period. While fluidizing the bed with a highly conductive gas and maintaining the bed at a temperature below the Ms temperature of the alloy for the entire quenching period, the alloy can be quenched without substantially forming undesired soft phases within the article. quenching the article in a bed for a period and at a quenching rate sufficient to achieve a Ms temperature. 2) A method according to claim 1, wherein the bed is fluidized with a highly conductive gas during the entire period of step (d). 3) A method according to claim 1, wherein the bed is fluidized with highly conductive gas only during a part of step (d). 4) A method according to claim 3, wherein the period portion of step (d) in which the bed is fluidized with a highly conductive gas is an initial portion of the period. 5) Stage (d) where the bed is not fluidized with highly conductive gas.
4. The method of claim 3, wherein the bed is fluidized with a low conductivity gas during at least part of the period of . 6) Stage (d) where the bed is not fluidized with highly conductive gas.
4. The method of claim 3, wherein the bed is operated in a quiescent state during at least part of the period. 7) Claim 1 in which the highly conductive gas is helium
The method described in section. 8) The method according to claim 1, wherein the highly conductive gas is hydrogen. 9) The method of claim 1, wherein after step (d), the article is held in the bed for an additional period of time and additionally quenched to the Mf temperature. 10) The method of claim 9, wherein during at least part of the additional period the bed is fluidized with a highly conductive gas. 11) The method of claim 9, wherein during at least part of the additional period the bed is fluidized with a low conductivity gas. 12) The method of claim 9, wherein the bed is operated in a quiescent state during at least part of the additional period. 13) The method of claim 1, wherein the bed temperature is maintained below the Mf temperature. 14) Initial quenching rate at the beginning of step (d) for 7/8 inch diameter nickel balls from 1600°F to 6
The method of claim 1, wherein the method is such that the temperature is cooled to 80°F in less than 24 seconds. 15) Steel alloys in which the bed is fluidized with a low conductivity gas and the article is quenched in the bed to the Mf temperature when the article temperature falls below the nose temperature, but while still above the Ms temperature. A method according to claim 9 for martempering articles. 16) When the article temperature falls below the nose temperature, but while still above the Ms temperature, the bed is allowed to settle for a period sufficient for the article temperature to equilibrate and the bed is refilled with a low conductivity gas. 10. The method of claim 9 for martempering of steel alloy articles, wherein the article is fluidized and the article is quenched in a bed to Mf temperature. 17) When the article temperature falls below the Ms temperature, however, Mf
Claim 9 for improved martempering of steel alloy materials in which the bed is fluidized with a low conductivity gas and the article is quenched in the bed to the Mf temperature while still above the Mf temperature. the method of. 18) When the article temperature drops below the Ms temperature, provided that M
While still above the f temperature, the bed is allowed to settle for a period sufficient for the article temperature to equilibrate and the bed is refluidized with a low conductivity gas and the article is quenched in the bed to the Mf temperature. 10. The method of claim 9 for improved martempering of steel alloy articles. 19) A method for austempering a steel alloy article to form a bainitic structure in the steel alloy, the method comprising: (1) providing a steel alloy article at an austenitizing temperature; and (b) fine solid particles. fluidizing the bed using a highly conductive gas at a flow rate of at least 1.5 times the minimum fluidization flow rate at a temperature within the range of the Mf temperature of the alloy to 50° F above the Ms temperature; (c) immersing the article in the fluidized bed and quenching the article in the fluidized bed for a period of time until the article temperature decreases to the temperature of the fluidized bed at the bed temperature, while at least a portion of the quenching period; fluidizing the bed with a highly conductive gas for a period of time; (d) stopping the flow of the highly conductive gas and placing the article in the bed at bed temperature to avoid substantial formation of martensite in the steel alloy; and maintaining for a sufficient period of time. 20) The method of claim 19, wherein at least a portion of step (d) is carried out with the bed in a quiescent state. 21) Claim 19, wherein at least a portion of step (d) is carried out while fluidizing the bed using a low conductivity gas.
The method described in section. 22) (a) providing an article of aluminum and/or an aluminum alloy at an elevated temperature sufficient to enable hardening of the article by quenching; and (b) rendering a bed of fine solid particles highly conductive. (c) immersing the article in said fluidized bed; and (d) at least part of the quenching period. A quenching rate such that a 7/8 inch diameter nickel ball cools the article from 750°F to 550°F in less than 28 seconds while fluidizing the bed using a highly conductive gas during the A method for heat treating an article made of aluminum and/or an aluminum alloy comprising the step of quenching for a period sufficient to increase the hardness of the article. 23) The method of claim 22, wherein the elevated temperature is at least 750°F. 24) A method according to claim 22, wherein step (d) is carried out during the entire period by fluidizing the bed with a highly conductive gas. 25) The method of claim 22, wherein step (d) is carried out by fluidizing the bed with a low conductivity gas for a portion of the time. 26) The method of claim 22, wherein step (d) is carried out with the bed quiescent for a portion of the period. 27) (a) providing the article at an initial temperature;
(b) fluidizing a bed of fine solid particles using a highly conductive gas at a flow rate of at least 1.5 times the minimum fluidization flow rate; and (c) immersing an article in said bed. and (d) (i) maintaining the bed at or below the desired temperature if the desired temperature is lower than the initial temperature, or (ii) maintaining the bed at or above the desired temperature if the desired temperature is higher than the initial temperature. quenching the article in the bed for a period sufficient to achieve the desired temperature while fluidizing the bed using a highly conductive gas for at least a portion of the quenching period. A method for quenching a containing article to a desired temperature. 28) A method according to claim 27, wherein step (d) is carried out during the entire period by fluidizing the bed with a highly conductive gas. 29) The method of claim 27, wherein step (d) is carried out by fluidizing the bed with a low conductivity gas for a portion of the time. 30) The method of claim 27, wherein step (d) is carried out with the bed quiescent for a portion of the period.
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