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。本申請要求2006年9月27日申請的特愿2006-262525號的優(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1或?qū)＠墨I2所示的技術(shù)。在專利文獻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)部擴散，在降溫 到淬火溫度后進行油冷。在專利文獻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1那樣的真空滲碳處理 中的擴散初期，將脫碳性氣體導入爐(等同于專利文獻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1特開平8-325701號公報專利文獻2特開2004-1 15893號公報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 散越快速進行。因此，越提高處理溫度，越能夠縮短真空滲碳處理所 要的時間。但是，其相反一面，在高溫下進行真空滲碳處理時，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，加速滲碳以及擴散的進行，縮短了處理時間的情況下，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 的物性值的纟皮處理物。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行滲碳，在擴 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)部擴散，在淬火工序中，從使上述被處理物的溫度為第2溫度述工序正火工序，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)進行上述滲碳工序，上述擴散工序，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任一項技術(shù)方案所涉及的真 空滲碳處理方法中，上述預熱工序，上述擴散工序，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)下進行的。進而，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)的一皮處理物的溫度為第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)，對上述被處理 物進行冷卻。進而，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，通過上迷加熱器加熱，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)晶粒微細化。作為第8技術(shù)方案，在上述第5至7任一項技術(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，在上迷加熱室外配設(shè)有檢測上述發(fā)熱部件的接地電流的電流 檢測機構(gòu)，根據(jù)上述電流檢測機構(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)，對上述被處理物進行冷卻。作為第IO技術(shù)方案，在上述第5至9任一項技術(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流裝置。根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理方法，由于在擴散后進行正火以及其 后的溫度保持，所以即使為了縮短處理時間而在高溫下進行滲碳以及 擴散，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)晶粒微細化。特別是，通過在正火后進行溫度保持，被處理 物整體的溫度分布均勻，能夠使被處理物的結(jié)晶?？煽壳揖鶆虻匚⒓?化。因此，既可以通過高溫處理縮短處理時間，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)。進而，根據(jù)本發(fā)明，由于接著正火進行再加熱以及淬火，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，所以能夠容易地進行擴散后的正火以及其后的溫度保持。特別是，由于為了進行溫度保持而需要加熱器，為了在正火后接著進行溫 度保持而要連續(xù)地進行冷卻和加熱，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， 從而不會增加使高溫的被處理物移動的次數(shù)，能夠避免被處理物因在 高溫狀態(tài)下移動而變形等危險。


圖1A為表示本發(fā)明的一實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1B為表示本發(fā)明的一實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1C為表示本發(fā)明的一實施方式中的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的 右側(cè)面剖^L圖。圖2為表示本發(fā)明的一實施方式中的加熱器的形狀的立體圖。圖3為表示本發(fā)明的一實施方式中加熱器22相對于隔熱壁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)明的一實施方式中的真空滲碳處理的各工序的處 理時間與溫度、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)明的一實施方式中的真空滲碳處理的各工序的處 理時間與溫度、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。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明所涉及的真空滲碳處理裝置以及方法的 一實施方式加以說明。另外，在以下的說明中，為了使各部件為能夠 識別的大小，適當改變了各部件的比例尺。圖U 圖1C為表示本實施方式的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的剖視 圖。圖1A為表示本實施方式的真空滲碳處理裝置的結(jié)構(gòu)的正面剖視圖， 圖1B為左側(cè)面剖視圖，圖1C為表示本實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1A 圖1C所示，本實施方式的真空滲碳 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^" 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，由同型號的三個發(fā)熱器HI ~H3構(gòu)成。各 發(fā)熱器H1 H3由空心細軸部gl,實心細軸部g2,實心4且軸部g3,連 接器cl-c3,以及供電軸部m構(gòu)成?？招募気S部gl,實心細軸部g2, 以及實心粗軸部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
個相互逆向的連接部al、 bl，空心細軸部gl與實心細軸部g2能夠通 電的連接在一起。連接器c2為兩個連接部a2、 b2朝向相互正交的方 向地設(shè)置的L字型?？招募気S部gl彼此能夠通電地連接在一起。連接 器c3由使兩個朝向同向的連接部a3、 b3相互離開地連結(jié)而成，空心 細軸部gl彼此能夠通電地連接在一起。空心細軸部gl由四根配置成制成矩形，矩形的三個角由連接器c2 連接在一起。在形成上述矩形的剩余的一個角的兩根空心細軸部gl的 各端部中的一個端部上，通過連接器cl連接有實心細軸部g2，另一個 端部安裝在連接器c3的連接部a3、 b3的一個上。與安裝在實心細軸 部g2的連接器cl上的端部相反一側(cè)的端部連接在實心粗軸部g3的一 端部上，在實心粗軸部g3的另一個端部上安裝有供電軸部m。由上述的四才艮空心細軸部gl、實心細軸部g2、實心^L軸部g3、連 接器cl、三個連接器c2、以及供電軸部m構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是成對的，通過 連接器c3連接在一起，從而構(gòu)成各發(fā)熱器HI ~H3。另外，空心細軸部gl、實心細軸部g2、以及實心粗軸部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軸部 gl、實心細軸部g2、實心粗軸部g3的順序排列，實心粗軸部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H1~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由陶資制成，形成為內(nèi)徑大于實心粗軸部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)徑的實心粗軸部g3的直徑相同的 開口 26a，通過將實心粗軸部g3嵌裝在該開口 26a中，各發(fā)熱器HI ~ H3得到支撐。而且，供電軸部m從設(shè)置在殼體1上的開口 la向殼體1之外導出。 開口 la與供電軸部m的間隙通過被密封材料lb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,半導體開關(guān)元件23c，溫度 調(diào)節(jié)計23d，變壓器23e,電阻器23f,以及電流計23g。 電源23a經(jīng)由斷路器23b,半導體開關(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 的負荷超過了容許范圍時切斷電力，防止在回路上施加過負荷。半導體開關(guān)元件23c與溫度調(diào)節(jié)計23d協(xié)同動作，使回路為導通 狀態(tài)，直到發(fā)熱器H1~H3的溫度達到規(guī)定溫度，當發(fā)熱器Hl-H3達 到規(guī)定溫度時解除導通。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23g才企測接地電流。冷卻器24設(shè)置在隔熱壁21的上部，具有熱交換器24a以及風扇 24b。熱交換器24a從被加熱室2加熱的氣體中除去熱。風扇24b使加 熱室2內(nèi)以及殼體1內(nèi)的氣體循環(huán)。在對加熱室2內(nèi)進^f亍冷卻時，將隔熱壁21的門21d、 21e打開， 一邊通過風扇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進行冷卻，從而使加熱室2內(nèi)的溫度以及加熱室2內(nèi)的一皮處 理物W的溫度降低。放置臺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 架的對置的兩邊的方式排列，兩端支撐在框架的另外兩個邊上而旋轉(zhuǎn) 自如。這種放置臺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25上而從下表面 一側(cè)均勻地^皮加熱。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13Q(TC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33。冷卻器31具有熱交換器31a以及風扇31b。熱交換器31a從冷卻 室3內(nèi)的氣體中除去熱。風扇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 的流動方向。放置臺33是與設(shè)置在加熱室2內(nèi)的放置臺25大致相同 的結(jié)構(gòu)，并且配置在與放置臺25相同的高度上。
以下，參照圖4~圖7對用上述結(jié)構(gòu)的真空滲石友處理裝置進^f亍的真空滲碳處理加以說明。在真空滲碳處理中，依次進行預熱工序，滲碳 前保持工序，滲碳工序，擴散工序，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 象材料，使表面碳素濃度目標為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為0. 35 %的情況下的各工序的處理時間與 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間通過菲克(Fick)原理的第2法 則的擴散方程式算出。在預熱工序中，首先，將被處理物W放置在加熱室2內(nèi)被發(fā)熱器H1 ~ H3包圍的位置上。然后，從加熱室2進行排氣，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10kPa以下程度，但在本實施方式中，是將1Pa以下作為"真工 。接著，對加熱器22通電，使加熱室2內(nèi)的溫度升溫。雖然在真空 下進行全部的預熱工序也能夠進行真空滲碳處理，但在本實施方式中， 是在使加熱室2內(nèi)的溫度升溫到650。C時，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)。此時的加熱室2內(nèi)的氣壓為 0. lkPa~小于大氣壓的程度。而且，繼續(xù)進行升溫，使加熱室2內(nèi)的 溫度升溫到105(TC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)的溫度保持在預熱工序結(jié)束 時的溫度。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1 050°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。此時的加熱室2內(nèi)的氣壓為0. lkPa以下。在該滲^^友工序中， 被處理物W是通過將加熱室2內(nèi)置于105(TC的這種高溫的滲碳性氣體的氛圍下進行滲碳的。在擴散工序中，將加熱室2內(nèi)的滲碳性氣體排出，裝入惰性氣體。
此時的加熱室2內(nèi)的氣壓為0. lkPa 小于大氣壓的程度。而且，保持 加熱室2內(nèi)的溫度。經(jīng)過該擴散工序，被處理物W表面附近的碳素從 表面向內(nèi)部擴散。若處理溫度是相同的條件，則通過滲碳工序的處理時間以及擴散 工序的處理時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。接著擴散工序進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長時間置于1 050。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)定的處理時間(在本實施方式中為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)定的時間，使被處理物 整體的溫度均勻，粗大化的結(jié)晶粒被微細化。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，進行淬火工序。在淬火工 序中，通過冷卻器31冷卻^皮處理物W。由于要在本實施方式的處理對 象材料、即SCr420的鋼材那樣不易進行淬火的材料中進行淬火，所以 此時的冷卻要冷卻到在處理時間的初期的1分鐘左右的時間內(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)一邊進行冷卻，從而使被 處理物W的冷卻速度提高。相對于上述本實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93(TC左右進行。由于本實施方式的真空滲碳處理 是在1050。C下進行的，所以滲石灰以及擴散的進行加快，從而處理時間 也比以往在930。C下進行的真空滲碳處理的處理時間要短。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。相對于上述以往的真空滲碳處理，根據(jù)本實施方式的真空滲碳處 理，即使為了縮短處理時間而在高溫下進行滲碳以及擴散，結(jié)晶粒粗 大化，也能夠通過正火使結(jié)晶粒微細化。因此，既可以通過高溫處理 縮短處理時間，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。進而，根據(jù)本實施方式，由于接著正火進行再加熱以及淬火，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,所以能夠容易地進行擴散后的正火。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4亍正火，/人而不必為 了正火而將被處理物W從加熱室2內(nèi)取出，不會增加移動高溫的被處 理物W的次數(shù)，能夠避免被處理物W因在高溫狀態(tài)下移動而變形等危 險。圖6為表示母材碳素濃度為0. 2%的SCr420的鋼材作為處理對象 材料，使表面碳素濃度目標為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為0. 35%的情況下的各工序的處理時間與溫 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1.5,。 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間通過菲 克原理的第2法則的擴散方程式算出。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，滲碳工序以及擴散工序的處理時間加長。圖6 的其他工序的處理時間與圖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散工序的處理 時間加長。圖7的其他工序的處理時間與圖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，滲碳工序以及擴散工序的處理時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， 為了縮短處理時間而在高溫下進行滲碳以及擴散，結(jié)晶粒粗大化，也 能夠通過正火使結(jié)晶粒微細化，因此，既可以通過高溫處理縮短處理 時間，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，對除氣工序加以說明。在本實施方式中，在加熱器2產(chǎn)生 接地的情況下進行除氣工序。除氣工序在由電流計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(在本實施方式為1 050°C )50- 150 。C的溫度，在保持了規(guī)定時間后進行冷卻。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120(TC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130(TC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。在實施上述的除氣工序時，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，在本實施方式的在加熱室2內(nèi)進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資由于從受熱狀態(tài)急 劇地冷卻而破裂。因此，采用本實施方式的結(jié)構(gòu)的加熱器2。本實施方式的結(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所示的本實施方式的結(jié)構(gòu)的加熱器2中，當發(fā)熱 器支撐部26被煤包覆時則產(chǎn)生接地。相對于此，在本實施方式中，監(jiān) 碎見接地電流，在接地電流超過了^見定的閾值時進行除氣工序，從接地 狀態(tài)恢復，防止了接地產(chǎn)生的受害。在上述實施方式中，雖然采用圖1所述的雙室型的真空滲碳處理 裝置進行了說明，但在其他實施方式的真空滲碳處理裝置中也能夠像 上述實施方式那樣進行在擴散工序之后進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象處理材料時可以利用。作為上述實施方式的處理對象材料的SCr420的鋼材由于淬火性差而不能夠在單室 型中進行到淬火工序。連續(xù)型是在連續(xù)地對多個被處理物W進行真空滲碳處理的情況下 使用的方式，具備預熱室，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，例如以由預熱室進行 預熱工序，由第1加熱室進行滲碳前保持工序、滲碳工序、以及擴散 工序，由第2加熱室進行正火工序、再加熱工序、以及淬火前保持工 序，由冷卻室進行淬火工序的順序進行真空滲碳處理。由于被處理物W 隨著工序的進行而依次在處理室中移動，所以能夠不斷地進行多個被 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，進而設(shè)置了輸送在兩處理室之間移動的 被處理物W的輸送裝置。真空滲碳處理的各工序與上述實施方式相同， 在加熱室進行預熱工序~淬火前保持工序，在冷卻室進行淬火工序。在此，加熱室并不僅限于一個，也可以設(shè)置多個。在真空滲碳處理中，由于加熱室所需要的時間比冷卻室所需要的時間要長，所以當加熱室與冷卻室的個數(shù)為1: 1時冷卻室的空置時間加長，但若與^皮處理物的數(shù)量的對應(yīng)地增設(shè)加熱室，則通過凈皮處理物依次/人多個加熱室向冷卻室輸送，能夠減少冷卻室的空置時間，有效地利用冷卻室，所以能夠高效率地進行真空滲碳處理。另外，在設(shè)置多個加熱室的情況 下，至少其中一個帶有冷卻器，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個至多個加熱室， 冷卻室，以及準備室，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，以及準備室的某一個連結(jié)的位置之間旋轉(zhuǎn)。在這種真空滲碳處理裝置中，當用戶將被處理物放入準備室中時， 輸送裝置將被處理物從準備室向.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備室輸送。而且，用戶 將襪處理物從準備室中取出。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始 終是在主容器內(nèi)，所以被處理物能夠在放入準備室后、實施真空滲碳 處理、并從準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出準備室，所 以在多個被處理物的真空滲碳處理時，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 的同時連結(jié)有加熱室、冷卻室、以及準備室的容器即可。進而，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行輸送。進而，在纟皮處理 物的輸送中使加熱室或者冷卻室與輸送裝置連通時，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)置對流 加熱用的風扇F和驅(qū)動該對流加熱用的風扇F旋轉(zhuǎn)的馬達M。對流加熱 用的風扇F以及馬達M構(gòu)成氣體對流裝置。在這種結(jié)構(gòu)中，例如在預熱工序那樣從低溫狀態(tài)升溫時，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M驅(qū)動對流加熱用的風扇F旋轉(zhuǎn)一邊對發(fā)熱器HI ~ 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，在上述實施方式中，采用了使高壓的氣體循環(huán)，對被處理 物W進4亍冷卻的冷卻器31， ^旦在實施時，也可以通過油冷對#皮處理物 W進行冷卻。
權(quán)利要求
1.一種真空滲碳處理方法，在預熱工序中，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行滲碳，在擴散工序中，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)開始進行速冷，在上述擴散工序與上述淬火工序之間進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。
2. 如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理方法，其特征是，在上述加 熱室內(nèi)進行上述滲碳工序，上述擴散工序，上述正火工序，以及上述 再力口熱工序。
3. 如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理方法，其特征是，由與上述加熱室分別設(shè)置、冷卻上述#:處理物的冷卻室進行上述淬火工序。
4. 如權(quán)利要求1所述的真空滲碳處理方法，其特征是，上述預熱工序，上述擴散工序，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)下進行的。
5. —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，^f吏上述加熱室內(nèi)的纟皮處理物的 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)晶粒微細化。
6. 如權(quán)利要求5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)，對上述被處理物進行冷卻。
7. 如權(quán)利要求5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 機構(gòu)，
8. 如權(quán)利要求5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)，對上述被處理物進行冷卻。
9. 如權(quán)利要求5所述的真空滲碳處理裝置，其特征是，上述加熱 器具備氣體對流裝置。
10. —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 細化。
全文摘要
本發(fā)明的真空滲碳處理方法，在預熱工序中，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，在被處理物上進行滲碳，在擴散工序中，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)開始進行速冷，在擴散工序與淬火工序之間進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C23F17/00GK101153401SQ20071016122
公開日2008年4月2日 申請日期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 申請人:株式會社Ihi