專利名稱：真空滲碳處理方法以及真空滲碳處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空滲碳處理方法以及真空滲碳處理裝置。本申請(qǐng)要求2006年9月27日申請(qǐng)的特愿2006-262525號(hào)的優(yōu)先權(quán)，在此援用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
真空滲碳處理是通過在金屬制的被處理物的表層部中進(jìn)行滲碳、淬火而提高表層部的硬度的滲碳處理的一種。在真空滲碳處理中具有專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2所示的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)1所示的真空滲碳處理中，通過在加熱室中以極低壓狀態(tài)將被處理物加熱到規(guī)定溫度，并將乙炔等滲碳性氣體裝入加熱室內(nèi)在被處理物中進(jìn)行滲碳后，停止?jié)B碳性氣體的供給，再次使加熱室內(nèi)為極低壓狀態(tài)，使被處理物的表面附近的碳素向內(nèi)部擴(kuò)散，在降溫到淬火溫度后進(jìn)行油冷。在專利文獻(xiàn)2所示的真空滲碳處理中，為了改善被處理物的表面(特別是角部) 的過剩的滲碳，而在專利文獻(xiàn)1那樣的真空滲碳處理中的擴(kuò)散初期，將脫碳性氣體導(dǎo)入爐 (等同于專利文獻(xiàn)1中的加熱室)內(nèi)，減少或者除去被處理物的表面的滲碳體。專利文獻(xiàn)1特開平8-325701號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2004-115893號(hào)公報(bào)在上述這種以往的真空滲碳處理中，處理溫度越高，滲碳以及擴(kuò)散越快速進(jìn)行。因此，越提高處理溫度，越能夠縮短真空滲碳處理所要的時(shí)間。但是，其相反一面，在高溫下進(jìn)行真空滲碳處理時(shí)，被處理物的結(jié)晶粒粗大化。結(jié)晶粒粗大化后的被處理物存在無法得到規(guī)定的物性值的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，即使在通過提高處理溫度，加速滲碳以及擴(kuò)散的進(jìn)行，縮短了處理時(shí)間的情況下，也能夠改善高溫處理產(chǎn)生的被處理物的結(jié)晶粒的粗大化，獲得具有規(guī)定的物性值的被處理物。為了解決上述問題，在本發(fā)明中，作為第1技術(shù)方案的真空滲碳處理方法，在預(yù)熱工序中，使加熱室內(nèi)的被處理物的溫度為第1溫度，在滲碳工序中，從將上述加熱室內(nèi)減壓到極低氣壓狀態(tài)后的狀態(tài)開始向上述加熱室內(nèi)供給滲碳性氣體，在上述被處理物上進(jìn)行滲碳，在擴(kuò)散工序中，停止上述滲碳性氣體的供給，使碳素從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，在淬火工序中，從使上述被處理物的溫度為第2溫度后的狀態(tài)開始進(jìn)行速冷，在上述擴(kuò)散工序與上述淬火工序之間進(jìn)行下述工序正火工序，以溫度履歷滿足規(guī)定條件的方式使上述被處理物的溫度從上述第1溫度下降到規(guī)定溫度；正火后保持工序，在上述正火工序后，通過保溫規(guī)定時(shí)間，以使上述被處理物整體為上述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化；再加熱工序，在上述正火后保持工序后，使上述被處理物的溫度上升到上述第2溫度。
作為第2技術(shù)方案，在上述第1技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理方法中，在上述加熱室內(nèi)進(jìn)行上述滲碳工序，上述擴(kuò)散工序，上述正火工序，以及上述再加熱工序。作為第3技術(shù)方案，在上述第1或第2技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理方法中，由與上述加熱室分別設(shè)置、冷卻上述被處理物的冷卻室進(jìn)行上述淬火工序。作為第4技術(shù)方案，在上述第1至3任一項(xiàng)技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理方法中，上述預(yù)熱工序，上述擴(kuò)散工序，以及上述再加熱工序是在將上述加熱室內(nèi)減壓到極低氣壓狀態(tài)或者在上述加熱室內(nèi)裝入了惰性氣體的狀態(tài)下進(jìn)行的。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，作為第5技術(shù)方案的真空滲碳處理裝置，具有具備加熱器的加熱室以及具備冷卻器的冷卻室，通過上述加熱器加熱，使上述加熱室內(nèi)的被處理物的溫度為第1溫度，從將上述加熱室內(nèi)減壓到規(guī)定氣壓以下的狀態(tài)開始向上述加熱室內(nèi)供給滲碳性氣體，在上述被處理物上進(jìn)行滲碳，停止上述滲碳性氣體的供給，使碳素從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，從使上述被處理物的溫度為第2溫度后的狀態(tài)開始，在上述冷卻室通過上述冷卻器進(jìn)行速冷，在上述加熱室內(nèi)設(shè)有第2冷卻器，通過該第2冷卻器，以溫度履歷滿足規(guī)定條件的方式使?jié)B碳后的上述被處理物的溫度從上述第1溫度下降到規(guī)定溫度，保溫規(guī)定時(shí)間，以使上述被處理物整體為上述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化。作為第6技術(shù)方案，在上述第5技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理裝置中，上述第2 冷卻器使上述加熱室內(nèi)的氣體循環(huán)，對(duì)上述被處理物進(jìn)行冷卻。進(jìn)而，在本發(fā)明中，作為第7技術(shù)方案是真空滲碳處理裝置，具有具備加熱器以及冷卻器的加熱室，通過上述加熱器加熱，使上述加熱室內(nèi)的被處理物的溫度為第1溫度，從將上述加熱室內(nèi)減壓到規(guī)定氣壓以下的狀態(tài)開始向上述加熱室內(nèi)供給滲碳性氣體，在上述被處理物上進(jìn)行滲碳，停止上述滲碳性氣體的供給，使碳素從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，從使上述被處理物的溫度為第2溫度后的狀態(tài)開始，通過上述冷卻器進(jìn)行速冷，通過上述冷卻器，以溫度履歷滿足規(guī)定條件的方式使?jié)B碳后的上述被處理物的溫度從上述第1 溫度下降到規(guī)定溫度，保溫規(guī)定時(shí)間，以使上述被處理物整體為上述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化。作為第8技術(shù)方案，在上述第5至7任一項(xiàng)技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理裝置中，上述加熱器具有由承受從高溫狀態(tài)的速冷的導(dǎo)電性材料形成、配設(shè)在上述加熱室內(nèi)的發(fā)熱部件，以及安裝在上述加熱室外壁上、將上述發(fā)熱部件位置固定地支撐在上述加熱室外壁上的支撐部件，在上述加熱室外配設(shè)有檢測上述發(fā)熱部件的接地電流的電流檢測機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述電流檢測機(jī)構(gòu)的檢測值檢測上述發(fā)熱部件有無接地。作為第9技術(shù)方案，在上述第5至8任一項(xiàng)技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理裝置中，上述冷卻器使高壓氣體循環(huán)，對(duì)上述被處理物進(jìn)行冷卻。作為第10技術(shù)方案，在上述第5至9任一項(xiàng)技術(shù)方案所涉及的真空滲碳處理裝置中，上述加熱器具備氣體對(duì)流裝置。根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理方法，由于在擴(kuò)散后進(jìn)行正火以及其后的溫度保持， 所以即使為了縮短處理時(shí)間而在高溫下進(jìn)行滲碳以及擴(kuò)散，使結(jié)晶粒粗大化，也能夠通過正火以及其后的溫度保持使被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化。特別是，通過在正火后進(jìn)行溫度保持，被處理物整體的溫度分布均勻，能夠使被處理物的結(jié)晶粒可靠且均勻地微細(xì)化。因此， 既可以通過高溫處理縮短處理時(shí)間，也能夠改善高溫處理產(chǎn)生的被處理物的結(jié)晶粒的粗大化，獲得具有規(guī)定物性值的被處理物，能夠確保規(guī)定的品質(zhì)。 進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，由于接著正火進(jìn)行再加熱以及淬火，所以能夠高效率地完成真空滲碳處理。 而且，根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理裝置，由于在加熱室內(nèi)設(shè)有冷卻器，所以能夠容易地進(jìn)行擴(kuò)散后的正火以及其后的溫度保持。特別是，由于為了進(jìn)行溫度保持而需要加熱器，為了在正火后接著進(jìn)行溫度保持而要連續(xù)地進(jìn)行冷卻和加熱，通過在加熱室中設(shè)置冷卻器，能夠容易地進(jìn)行上述工作。而且，通過在加熱室中設(shè)置冷卻器，可以在加熱室內(nèi)進(jìn)行正火，所以無需為了正火而將被處理物從加熱室中取出，從而不會(huì)增加使高溫的被處理物移動(dòng)的次數(shù)，能夠避免被處理物因在高溫狀態(tài)下移動(dòng)而變形等危險(xiǎn)。


圖IA為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的正面剖視圖。圖IB為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的左側(cè)面剖視圖。圖IC為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的右側(cè)面剖視圖。圖2為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的加熱器的形狀的立體圖。圖3為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中加熱器22相對(duì)于隔熱壁21的安裝結(jié)構(gòu)以及加熱器22與電源部23的電連接的示意圖。圖4為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的真空滲碳處理的各工序的處理時(shí)間與溫度、 氛圍條件以及裝置形態(tài)例的說明圖。圖5為表示作為與圖4的比較表示的以往的真空滲碳處理的各工序的處理時(shí)間與溫度、氛圍條件以及裝置形態(tài)例的說明圖。圖6為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的真空滲碳處理的各工序的處理時(shí)間與溫度、 氛圍條件以及裝置形態(tài)例的說明圖(與圖4相比有效滲碳深度不同)。圖7為表示作為與圖6的比較表示的以往的真空滲碳處理的各工序的處理時(shí)間與溫度、氛圍條件以及裝置形態(tài)例的說明圖。圖8為表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的真空滲碳處理裝置形態(tài)例的示意圖。圖9為表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式中的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的真空滲碳處理裝置以及方法的一實(shí)施方式加以說明。另外，在以下的說明中，為了使各部件為能夠識(shí)別的大小，適當(dāng)改變了各部件的比例尺。圖IA 圖IC為表示本實(shí)施方式的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖IA為表示本實(shí)施方式的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的正面剖視圖，圖IB為左側(cè)面剖視圖，圖IC為表示本實(shí)施方式的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的右側(cè)面剖視圖。如圖IA 圖IC所示，本實(shí)施方式的真空滲碳處理裝置是具備殼體1，加熱室2，以及冷卻室3，分室地進(jìn)行加熱和冷卻的雙室型。殼體1為大致圓筒形，軸線水平地設(shè)置，在由軸線方向的大致中央?yún)^(qū)分出的一側(cè)收納有加熱室2，另一側(cè)作為冷卻室3。而且，在殼體1的軸線方向的大致中央部，設(shè)有通過使關(guān)閉冷卻室3的入口 3a的門11升降而開閉冷卻室3的開閉機(jī)構(gòu)12。
加熱室2具備隔熱壁21，加熱器22，電源部23，冷卻器24，以及放置臺(tái)25。在此， 圖2為表示加熱器22的形狀的立體圖。而且，圖3為表示加熱器22相對(duì)于隔熱壁21的安裝結(jié)構(gòu)以及加熱器22與電源部23的電連接的示意圖。隔熱壁21如圖3所示，通過在金屬制的外殼21a與石墨制的內(nèi)殼21b之間填充隔熱材料21c而形成。而且，如圖1所示，在隔熱壁21的上表面以及下表面上分別設(shè)有門 21d、21e。加熱器22如圖2所示，由同型號(hào)的三個(gè)發(fā)熱器Hl H3構(gòu)成。各發(fā)熱器Hl H3 由空心細(xì)軸部gl，實(shí)心細(xì)軸部g2，實(shí)心粗軸部g3，連接器cl c3，以及供電軸部m構(gòu)成?？招募?xì)軸部gl，實(shí)心細(xì)軸部g2，以及實(shí)心粗軸部g3由石墨制成。供電軸m由金屬制成。連接器Cl為長方體，在長度方向上二等分的各區(qū)域中分別具備一個(gè)相互逆向的連接部al、bl，空心細(xì)軸部gl與實(shí)心細(xì)軸部g2能夠通電的連接在一起。連接器c2為兩個(gè)連接部a2、b2朝向相互正交的方向地設(shè)置的L字型?？招募?xì)軸部gl彼此能夠通電地連接在一起。連接器c3由使兩個(gè)朝向同向的連接部a3、b3相互離開地連結(jié)而成，空心細(xì)軸部gl 彼此能夠通電地連接在一起?？招募?xì)軸部gl由四根配置成制成矩形，矩形的三個(gè)角由連接器c2連接在一起。在形成上述矩形的剩余的一個(gè)角的兩根空心細(xì)軸部gl的各端部中的一個(gè)端部上，通過連接器cl連接有實(shí)心細(xì)軸部g2，另一個(gè)端部安裝在連接器c3的連接部a3、b3的一個(gè)上。與安裝在實(shí)心細(xì)軸部g2的連接器cl上的端部相反一側(cè)的端部連接在實(shí)心粗軸部g3的一端部上，在實(shí)心粗軸部g3的另一個(gè)端部上安裝有供電軸部m。由上述的四根空心細(xì)軸部gl、實(shí)心細(xì)軸部g2、實(shí)心粗軸部g3、連接器Cl、三個(gè)連接器c2、以及供電軸部m構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是成對(duì)的，通過連接器c3連接在一起，從而構(gòu)成各發(fā)熱器 Hl H3。另外，空心細(xì)軸部gl、實(shí)心細(xì)軸部g2、以及實(shí)心粗軸部g3因各自的截面積的差異而改變了發(fā)熱容易性，發(fā)熱容易性按照空心細(xì)軸部gl、實(shí)心細(xì)軸部g2、實(shí)心粗軸部g3的順序排列，實(shí)心粗軸部g3不易發(fā)熱。如圖3所示，供電軸部m是空心的，在內(nèi)部收納有冷卻管t。在冷卻管t中循環(huán)有抑制因通電產(chǎn)生的溫度上升的冷卻水。發(fā)熱器Hl H3由設(shè)置在隔熱壁21的一部分上的發(fā)熱器支撐部26支撐。發(fā)熱器支撐部26由陶瓷制成，形成為內(nèi)徑大于實(shí)心粗軸部g3的直徑的大致圓筒形，并固定成圓筒的軸向與隔熱壁21的厚度方向平行，各端部分別位于隔熱壁21的內(nèi)側(cè)與外側(cè)。位于隔熱壁 21的外側(cè)的端部設(shè)有直徑與直徑小于圓筒的內(nèi)徑的實(shí)心粗軸部g3的直徑相同的開口 26a， 通過將實(shí)心粗軸部g3嵌裝在該開口 26a中，各發(fā)熱器Hl H3得到支撐。而且，供電軸部m從設(shè)置在殼體1上的開口 Ia向殼體1之外導(dǎo)出。開口 Ia與供電軸部m的間隙通過被密封材料Ib填塞而封閉。在供電軸部m上連接有電源部23。電源部23具有電源23a，斷路器23b，半導(dǎo)體開關(guān)元件23c，溫度調(diào)節(jié)計(jì)23d，變壓器23e，電阻器23f，以及電流計(jì)23g。電源23a經(jīng)由斷路器23b，半導(dǎo)體開關(guān)元件23c，以及變壓器23e連接在供電軸部m上，將電力供給到供電軸部m。斷路器23b在向回路的負(fù)荷超過了容許范圍時(shí)切斷電力， 防止在回路上施加過負(fù)荷。
半導(dǎo)體開關(guān)元件23c與溫度調(diào)節(jié)計(jì)23d協(xié)同動(dòng)作，使回路為導(dǎo)通狀態(tài)，直到發(fā)熱器 Hl H3的溫度達(dá)到規(guī)定溫度，當(dāng)發(fā)熱器Hl H3達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)解除導(dǎo)通。變壓器23e將從電源23a供電的電力的電壓轉(zhuǎn)換成規(guī)定的值。電阻器23f以及電流計(jì)23g配設(shè)在從變壓器23e與供電軸部m之間的回路上分支而接地的回路中途。電流計(jì)23g檢測接地電流。冷卻器24設(shè)置在隔熱壁21的上部，具有熱交換器24a以及風(fēng)扇24b。熱交換器 24a從被加熱室2加熱的氣體中除去熱。風(fēng)扇24b使加熱室2內(nèi)以及殼體1內(nèi)的氣體循環(huán)。在對(duì)加熱室2內(nèi)進(jìn)行冷卻時(shí)，將隔熱壁21的門21d、21e打開，一邊通過風(fēng)扇24b 使加熱室2內(nèi)以及殼體1內(nèi)的氣體循環(huán)一邊由熱交換器24a進(jìn)行冷卻，從而使加熱室2內(nèi)的溫度以及加熱室2內(nèi)的被處理物W的溫度降低。放置臺(tái)25具有矩形的框架以及數(shù)根輥，各輥以旋轉(zhuǎn)軸線平行于框架的對(duì)置的兩邊的方式排列，兩端支撐在框架的另外兩個(gè)邊上而旋轉(zhuǎn)自如。這種放置臺(tái)25設(shè)置成各輥的旋轉(zhuǎn)軸線與輸送方向正交，使被處理物W的移送良好。被處理物W通過被放置在放置臺(tái)25 上而從下表面一側(cè)均勻地被加熱。另外，由于在真空狀態(tài)下，溫度越高，蒸氣壓低的物質(zhì)依次蒸發(fā)，所以在加熱室2 內(nèi)置于高溫下的上述各部采用即便使加熱室2的溫度升溫到1300°C左右也不蒸發(fā)的物質(zhì)制作而成。冷卻室3是用于冷卻被處理物W的空間，具備冷卻器31，整流板32，以及放置臺(tái) 33。冷卻器31具有熱交換器31a以及風(fēng)扇31b。熱交換器31a從冷卻室3內(nèi)的氣體中除去熱。風(fēng)扇31b通過高壓使氣體在冷卻室3內(nèi)循環(huán)。整流板32通過組合分隔成格子裝的格子箱和穿孔金屬而成，配置在冷卻室3內(nèi)放置被處理物W的位置的上下，整合冷卻室3內(nèi)的氣體的流動(dòng)方向。放置臺(tái)33是與設(shè)置在加熱室2內(nèi)的放置臺(tái)25大致相同的結(jié)構(gòu)，并且配置在與放置臺(tái)25相同的高度上。以下，參照?qǐng)D4 圖7對(duì)用上述結(jié)構(gòu)的真空滲碳處理裝置進(jìn)行的真空滲碳處理加以說明。在真空滲碳處理中，依次進(jìn)行預(yù)熱工序，滲碳前保持工序，滲碳工序，擴(kuò)散工序，正火工序，再加熱工序，淬火前保持工序，以及淬火工序。圖4為表示將母材碳素濃度為0. 2 %的SCr420的鋼材作為處理對(duì)象材料，使表面碳素濃度目標(biāo)為0. 8%，有效滲碳深度為0. 8mm，有效滲碳深度中的碳素濃度目標(biāo)為0. 35% 的情況下的各工序的處理時(shí)間與溫度，氛圍條件，以及裝置形態(tài)例的說明圖。圖5為用于比較的附圖，是表示以往的真空滲碳處理中的各工序的處理時(shí)間與溫度，氛圍條件，以及裝置形態(tài)例的說明圖。上述說明圖中各工序的處理時(shí)間通過菲克(Fick)原理的第2法則的擴(kuò)散方程式算出。在預(yù)熱工序中，首先，將被處理物W放置在加熱室2內(nèi)被發(fā)熱器Hl H3包圍的位置上。然后，從加熱室2進(jìn)行排氣，將加熱室2內(nèi)減壓為真空狀態(tài)。在此，在一般的真空滲碳處理中，“真空”是指大氣壓的1/10左右的IOkPa以下程度，但在本實(shí)施方式中，是將IPa以下作為“真空”。 接著，對(duì)加熱器22通電，使加熱室2內(nèi)的溫度升溫。雖然在真空下進(jìn)行全部的預(yù)熱工序也能夠進(jìn)行真空滲碳處理，但在本實(shí)施方式中，是在使加熱室2內(nèi)的溫度升溫到650°C 時(shí)，將惰性氣體裝入加熱室2內(nèi)，以防止物質(zhì)從被處理物W的表面蒸發(fā)。此時(shí)的加熱室2內(nèi)的氣壓為0. IkPa 小于大氣壓的程度。而且，繼續(xù)進(jìn)行升溫，使加熱室2內(nèi)的溫度升溫到 1050°C后轉(zhuǎn)移到滲碳前保持工序。在滲碳前保持工序中，將加熱室2內(nèi)的溫度保持在預(yù)熱工序結(jié)束時(shí)的溫度。經(jīng)過該滲碳前保持工序，被處理物W的溫度從表面到內(nèi)部均為1050°C。在滲碳前保持工序最后的2分鐘，將惰性氣體排出，將加熱室2內(nèi)減壓而返回真空狀態(tài)。在滲碳工序中，將滲碳性氣體裝入加熱室2內(nèi)。滲碳性氣體例如是乙炔。此時(shí)的加熱室2內(nèi)的氣壓為0. IkPa以下。在該滲碳工序中，被處理物W是通過將加熱室2內(nèi)置于 1050°C的這種高溫的滲碳性氣體的氛圍下進(jìn)行滲碳的。在擴(kuò)散工序中，將加熱室2內(nèi)的滲碳性氣體排出，裝入惰性氣體。此時(shí)的加熱室2 內(nèi)的氣壓為0. IkP a 小于大氣壓的程度。而且，保持加熱室2內(nèi)的溫度。經(jīng)過該擴(kuò)散工序，被處理物W表面附近的碳素從表面向內(nèi)部擴(kuò)散。若處理溫度是相同的條件，則通過滲碳工序的處理時(shí)間以及擴(kuò)散工序的處理時(shí)間決定表面碳素濃度，有效碳素深度，有效碳素深度中的碳素濃度。接著擴(kuò)散工序進(jìn)行正火工序以及正火后保持工序。由于在正火工序之前被處理物 W長時(shí)間置于1050°C這種高溫下，所以結(jié)晶粒粗大化。在正火工序中，采用冷卻器24使加熱室2內(nèi)的溫度降低。在正火工序中，通過規(guī)定的處理時(shí)間(在本實(shí)施方式中為5分鐘) 使溫度降低到600°C。通過在接下來的正火后保持工序中保溫規(guī)定的時(shí)間，使被處理物整體的溫度均勻，粗大化的結(jié)晶粒被微細(xì)化。在再加熱工序中，再次提高在正火工序中降下來的加熱室2內(nèi)的溫度。在再加熱工序中，升溫到之后的淬火工序中的淬火溫度850°C。而且，將該溫度在淬火前保持工序中保持規(guī)定時(shí)間。經(jīng)過該淬火前保持工序，被處理物W的溫度從表面到內(nèi)部均勻地為850°C。最后，將被處理物W向冷卻室3轉(zhuǎn)移，進(jìn)行淬火工序。在淬火工序中，通過冷卻器 31冷卻被處理物W。由于要在本實(shí)施方式的處理對(duì)象材料、即SCr420的鋼材那樣不易進(jìn)行淬火的材料中進(jìn)行淬火，所以此時(shí)的冷卻要冷卻到在處理時(shí)間的初期的1分鐘左右的時(shí)間內(nèi)冷卻的溫度差的一半左右。冷卻器31例如通過以大氣壓的10倍到30倍左右的高的壓力一邊使冷卻室3內(nèi)部的氣體循環(huán)一邊進(jìn)行冷卻，從而使被處理物W的冷卻速度提高。相對(duì)于上述本實(shí)施方式的真空滲碳處理，如圖5所示，以往通常是使處理溫度X°C 為930°C左右進(jìn)行。由于本實(shí)施方式的真空滲碳處理是在1050°C下進(jìn)行的，所以滲碳以及擴(kuò)散的進(jìn)行加快，從而處理時(shí)間也比以往在930°C下進(jìn)行的真空滲碳處理的處理時(shí)間要短。而且，在圖5所示的真空滲碳處理的處理工序中，不是在正火工序后、 而是在擴(kuò)散工序后、降溫工序中降溫到淬火溫度之后轉(zhuǎn)移到淬火前保持工序。即使在以往的真空滲碳處理中，通過提高處理溫度而縮短處理時(shí)間。但是，由于不能夠?qū)⑼ㄟ^高溫處理而粗大化的被處理物W的結(jié)晶粒微細(xì)化，所以不能夠得到具有規(guī)定的物性值的被處理物W。相對(duì)于上述以往的真空滲碳處理，根據(jù)本實(shí)施方式的真空滲碳處理，即使為了縮短處理時(shí)間而在高溫下進(jìn)行滲碳以及擴(kuò)散，結(jié)晶粒粗大化，也能夠通過正火使結(jié)晶粒微細(xì)化。因此，既可以通過高溫處理縮短處理時(shí)間，而且能夠改善因高溫處理而產(chǎn)生的結(jié)晶粒的粗大化，得到規(guī)定物性值的被處理物W。進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施方式，由于接著正火進(jìn)行再加熱以及淬火，所以能夠高效地完成真空滲碳處理。而且，根據(jù)本實(shí)施方式的真空滲碳處理裝置，由于在加熱室2中設(shè)置了冷卻器24， 所以能夠容易地進(jìn)行擴(kuò)散后的正火。而且，通過在加熱室2中設(shè)置冷卻室24，能夠在加熱室 2內(nèi)進(jìn)行正火，從而不必為了正火而將被處理物W從加熱室2內(nèi)取出，不會(huì)增加移動(dòng)高溫的被處理物W的次數(shù)，能夠避免被處理物W因在高溫狀態(tài)下移動(dòng)而變形等危險(xiǎn)。圖6為表示母材碳素濃度為0. 2%的SCr420的鋼材作 為處理對(duì)象材料，使表面碳素濃度目標(biāo)為0. 8%，有效滲碳深度為1. 5mm，有效滲碳深度中的碳素濃度目標(biāo)為0. 35%的情況下的各工序的處理時(shí)間與溫度，氛圍條件，以及裝置形態(tài)例的說明圖。即，在圖6所示的真空滲碳處理中，是將與圖4所示的真空滲碳處理相同的鋼材作為處理對(duì)象材料，與圖4 所示的真空滲碳處理的差異在于有效滲碳深度為1. 5mm。圖7為用于比較的附圖，是表示以往的真空滲碳處理中的各工序的處理時(shí)間與溫度，氛圍條件，以及裝置形態(tài)例的說明圖。與圖4以及圖5相同，上述說明圖中的各工序的處理時(shí)間通過菲克原理的第2法則的擴(kuò)散方程式算出。在圖6所示的真空滲碳處理中，為了將有效滲碳深度設(shè)定得比圖4的真空滲碳處理要深，滲碳工序以及擴(kuò)散工序的處理時(shí)間加長。圖6的其他工序的處理時(shí)間與圖4相同。 在以往的真空滲碳處理中也同樣，在圖7所示的以往的真空滲碳處理中，由于有效滲碳深度也設(shè)定得比圖5的以往的真空滲碳處理要深，所以滲碳工序以及擴(kuò)散工序的處理時(shí)間加長。圖7的其他工序的處理時(shí)間與圖5相同。從圖6與圖7的比較可知，即使在有效滲碳深度設(shè)定得較深的真空滲碳處理中，滲碳工序以及擴(kuò)散工序的處理時(shí)間也比以往的真空滲碳處理短。而且，即使在有效滲碳深度設(shè)定得較深的真空滲碳處理中，為了縮短處理時(shí)間而在高溫下進(jìn)行滲碳以及擴(kuò)散，結(jié)晶粒粗大化，也能夠通過正火使結(jié)晶粒微細(xì)化，因此，既可以通過高溫處理縮短處理時(shí)間，也能夠改善因高溫處理產(chǎn)生的結(jié)晶粒的粗大化，能夠得到規(guī)定的物性值的被處理物W。以下，對(duì)除氣工序加以說明。在本實(shí)施方式中，在加熱器2產(chǎn)生接地的情況下進(jìn)行除氣工序。除氣工序在由電流計(jì)23g檢測的接地電流的值超過了規(guī)定的閾值的情況下， 不將被處理物W放入加熱室2，使加熱室2的溫度升溫到高于處理溫度(在本實(shí)施方式為 1050°C)50 150°C的溫度，在保持了規(guī)定時(shí)間后進(jìn)行冷卻。經(jīng)過該除氣工序，加熱室2內(nèi)的煤蒸發(fā)。在除氣工序中，雖然加熱室2的溫度升溫到1200°C左右，但由于構(gòu)成加熱室2的各部是由即便使加熱室3的溫度升溫到1300°C左右也不蒸發(fā)的物質(zhì)制成的，所以能夠不損壞構(gòu)成加熱室2的各部地除去煤。在實(shí)施上述的除氣工序時(shí)，將加熱器22的結(jié)構(gòu)改變成不同于以往的結(jié)構(gòu)。即，以往的加熱器是為了不產(chǎn)生因煤附著而引起的不良情況而通過陶瓷等絕緣體包覆發(fā)熱部分、 即通電部分，經(jīng)由絕緣體將熱間接地傳遞到外部的結(jié)構(gòu)。但是，在本實(shí)施方式的在加熱室2內(nèi)進(jìn)行正火工序的情況下，在上述以往的結(jié)構(gòu)中，包覆通電部分的絕緣體的陶瓷由于從受熱狀態(tài)急劇地冷卻而破裂。因此，采用本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的加熱器2。
本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的加熱器2為能夠承受從受熱狀態(tài)急劇冷卻的結(jié)構(gòu)。但是，在圖3所示的本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的加熱器2中，當(dāng)發(fā)熱器支撐部26被煤包覆時(shí)則產(chǎn)生接地。 相對(duì)于此，在本實(shí)施方式中，監(jiān)視接地電流，在接地電流超過了規(guī)定的閾值時(shí)進(jìn)行除氣工序，從接地狀態(tài)恢復(fù)，防止了接地產(chǎn)生的受害。
在上述實(shí)施方式中，雖然采用圖1所述的雙室型的真空滲碳處理裝置進(jìn)行了說明，但在其他實(shí)施方式的真空滲碳處理裝置中也能夠像上述實(shí)施方式那樣進(jìn)行在擴(kuò)散工序之后進(jìn)行正火工序以及再加熱工序的真空滲碳處理。圖8為表示真空滲碳處理裝置的形態(tài)例的示意圖。如圖8所示，在真空滲碳處理裝置的形態(tài)中，除了上述實(shí)施方式的雙室型之外，還有單室型，連續(xù)型，輸送裝置分體型等。單室型是沒有冷卻專用室而僅由加熱室構(gòu)成，在加熱室內(nèi)具備冷卻器的方式。單室型由于冷卻器位于加熱室內(nèi)而溫度降低速度較慢，所以在淬火性好的鋼材為處理對(duì)象處理材料時(shí)可以利用。作為上述實(shí)施方式的處理對(duì)象材料的SCr420的鋼材由于淬火性差而不能夠在單室型中進(jìn)行到淬火工序。連續(xù)型是在連續(xù)地對(duì)多個(gè)被處理物W進(jìn)行真空滲碳處理的情況下使用的方式，具備預(yù)熱室，第1加熱室，第2加熱室，以及冷卻室。在第2加熱室中具備冷卻器。在這種連續(xù)型中，例如以由預(yù)熱室進(jìn)行預(yù)熱工序，由第1加熱室進(jìn)行滲碳前保持工序、滲碳工序、以及擴(kuò)散工序，由第2加熱室進(jìn)行正火工序、再加熱工序、以及淬火前保持工序，由冷卻室進(jìn)行淬火工序的順序進(jìn)行真空滲碳處理。由于被處理物W隨著工序的進(jìn)行而依次在處理室中移動(dòng)，所以能夠不斷地進(jìn)行多個(gè)被處理物W的真空滲碳處理。輸送裝置分體型是不將上述實(shí)施方式的加熱室2和冷卻室3設(shè)置在同一殼體1內(nèi)而使其分體，進(jìn)而設(shè)置了輸送在兩處理室之間移動(dòng)的被處理物W的輸送裝置。真空滲碳處理的各工序與上述實(shí)施方式相同，在加熱室進(jìn)行預(yù)熱工序 淬火前保持工序，在冷卻室進(jìn)行淬火工序。在此，加熱室并不僅限于一個(gè)，也可以設(shè)置多個(gè)。在真空滲碳處理中，由于加熱室所需要的時(shí)間比冷卻室所需要的時(shí)間要長，所以當(dāng)加熱室與冷卻室的個(gè)數(shù)為1 1時(shí)冷卻室的空置時(shí)間加長，但若與被處理物的數(shù)量的對(duì)應(yīng)地增設(shè)加熱室，則通過被處理物依次從多個(gè)加熱室向冷卻室輸送，能夠減少冷卻室的空置時(shí)間，有效地利用冷卻室，所以能夠高效率地進(jìn)行真空滲碳處理。另外，在設(shè)置多個(gè)加熱室的情況下，至少其中一個(gè)帶有冷卻器，其他的加熱室可以不帶冷卻器。作為輸送裝置分體型的例子，除了圖示的例子之外，也可以考慮還具備主容器以及準(zhǔn)備室的例子。主容器例如是圓筒形的密封容器，在該圓筒形的主容器的外周面上放射狀地連結(jié)有1個(gè)至多個(gè)加熱室，冷卻室，以及準(zhǔn)備室，輸送裝置收納在主容器內(nèi)。輸送裝置在主容器內(nèi)與加熱室，冷卻室，以及準(zhǔn)備室的某一個(gè)連結(jié)的位置之間旋轉(zhuǎn)。在這種真空滲碳處理裝置中，當(dāng)用戶將被處理物放入準(zhǔn)備室中時(shí)，輸送裝置將被處理物從準(zhǔn)備室向加熱室輸送，而且將被處理物從加熱室向冷卻室輸送，再將被處理物從冷卻室向準(zhǔn)備室輸送。而且，用戶將被處理物從準(zhǔn)備室中取出。根據(jù)上述真空滲碳處理裝置，由于被處理物在各室之間輸送時(shí)始終是在主容器內(nèi)，所以被處理物能夠在放入準(zhǔn)備室后、實(shí)施真空滲碳處理、并從準(zhǔn)備室中取出之前可靠地不與外氣接觸。而且，在被處理物放入加熱室及冷卻室內(nèi)的期間，其他的處理物能夠進(jìn)出準(zhǔn)備室，所以在多個(gè)被處理物的真空滲碳處理時(shí)，能夠有效地利用真空滲碳處理裝置的各室。另外，上述主容器的形狀是一例，主容器只要是在收納輸送裝置的同時(shí)連結(jié)有加熱室、冷卻室、以及準(zhǔn)備室的容器即可。進(jìn)而，通過使輸送裝置帶有加熱器和/或冷卻器，能夠一邊管理被處理物的溫度一邊在加熱室與冷卻室之間進(jìn)行輸送。進(jìn)而，在被處理物的輸送中使加熱室或者冷卻室與輸送裝置連通時(shí)，能夠通過輸送裝置的加熱器(或者冷卻器)，使加熱室內(nèi)的溫度(或者冷卻室內(nèi)的溫度)與輸送裝置的溫度匹配成相同程度。而且，通過輸送裝置的冷卻器，能夠?qū)⒄婵諠B碳處理后的被處理物冷卻到常溫。另外，如圖9所示，作為加熱器22的構(gòu)成因素，還可以設(shè)置對(duì)流加熱用的風(fēng)扇F和驅(qū)動(dòng)該對(duì)流加熱用的風(fēng)扇F旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)M。對(duì)流加熱用的風(fēng)扇F以及馬達(dá)M構(gòu)成氣體對(duì)流裝置。
在這種結(jié)構(gòu)中，例如在預(yù)熱工序那樣從低溫狀態(tài)升溫時(shí)，通過將惰性氣體裝入加熱室2，將被處理物W置于惰性氣體氛圍中，一邊通過馬達(dá)M驅(qū)動(dòng)對(duì)流加熱用的風(fēng)扇F旋轉(zhuǎn)一邊對(duì)發(fā)熱器Hl H3通電使其發(fā)熱，能夠使被處理物W盡快地均勻升溫。而且，在上述實(shí)施方式中，采用了使高壓的氣體循環(huán)，對(duì)被處理物W進(jìn)行冷卻的冷卻器31，但在實(shí)施時(shí)，也可以通過油冷對(duì)被處理物W進(jìn)行冷卻。
權(quán)利要求
1.一種真空滲碳處理裝置，具有具備加熱器的加熱室以及具備冷卻器的冷卻室，通過上述加熱器加熱，使上述加熱室內(nèi)的被處理物的溫度為第1溫度，從將上述加熱室內(nèi)減壓到規(guī)定氣壓以下的狀態(tài)開始向上述加熱室內(nèi)供給滲碳性氣體，在上述被處理物上進(jìn)行滲碳，停止上述滲碳性氣體的供給，使碳素從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，從使上述被處理物的溫度為第2溫度后的狀態(tài)開始，在上述冷卻室通過上述冷卻器進(jìn)行速冷，在上述加熱室內(nèi)設(shè)有第2冷卻器，通過該第2冷卻器，以溫度履歷滿足規(guī)定條件的方式使?jié)B碳后的上述被處理物的溫度從上述第1溫度下降到規(guī)定溫度，保溫規(guī)定時(shí)間，以使上述被處理物整體為上述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化。
2.如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理裝置，其特征是，上述第2冷卻器使上述加熱室內(nèi)的氣體循環(huán)，對(duì)上述被處理物進(jìn)行冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理裝置，其特征是，上述加熱器具有由承受從高溫狀態(tài)的速冷的導(dǎo)電性材料形成，配設(shè)在上述加熱室內(nèi)的發(fā)熱部件，以及安裝在上述加熱室外壁上、將上述發(fā)熱部件位置固定地支撐在上述加熱室外壁上的支撐部件，在上述加熱室外配設(shè)有檢測上述發(fā)熱部件的接地電流的電流檢測機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述電流檢測機(jī)構(gòu)的檢測值檢測上述發(fā)熱部件有無接地。
4.如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理裝置，其特征是，上述冷卻器使高壓氣體循環(huán)，對(duì)上述被處理物進(jìn)行冷卻。
5.如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理裝置，其特征是，上述加熱器具備氣體對(duì)流裝置。
6.一種真空滲碳處理裝置，具有具備加熱器以及冷卻器的加熱室，通過上述加熱器加熱，使上述加熱室內(nèi)的被處理物的溫度為第1溫度，從將上述加熱室內(nèi)減壓到規(guī)定氣壓以下的狀態(tài)開始向上述加熱室內(nèi)供給滲碳性氣體，在上述被處理物上進(jìn)行滲碳，停止上述滲碳性氣體的供給，使碳素從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，從使上述被處理物的溫度為第2溫度后的狀態(tài)開始，通過上述冷卻器進(jìn)行速冷，通過上述冷卻器，以溫度履歷滿足規(guī)定條件的方式使?jié)B碳后的上述被處理物的溫度從上述第1溫度下降到規(guī)定溫度，保溫規(guī)定時(shí)間，以使上述被處理物整體為上述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化。
全文摘要
本發(fā)明的真空滲碳處理方法，在預(yù)熱工序中，使加熱室內(nèi)的被處理物的溫度為第1溫度，在滲碳工序中，從將加熱室內(nèi)減壓到極低氣壓狀態(tài)后的狀態(tài)開始向加熱室內(nèi)供給滲碳性氣體，在被處理物上進(jìn)行滲碳，在擴(kuò)散工序中，停止?jié)B碳性氣體的供給，使碳素從被處理物的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，在淬火工序中，從使被處理物的溫度為第2溫度后的狀態(tài)開始進(jìn)行速冷，在擴(kuò)散工序與淬火工序之間進(jìn)行下述工序正火工序，以溫度履歷滿足規(guī)定條件的方式使被處理物的溫度從第1溫度下降到規(guī)定溫度；正火后保持工序，通過保溫規(guī)定時(shí)間，以使被處理物整體為規(guī)定溫度，使被處理物的結(jié)晶粒微細(xì)化；再加熱工序，使被處理物的溫度上升到第2溫度。
文檔編號(hào)C23C8/22GK102154614SQ20111006232
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者勝俁和彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ihi