專利名稱：真空滲碳處理方法和真空滲碳處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明要求基于2007年3月9日在日本申請的特愿2007-060498號的優(yōu)先權，在 本說明書中引用其內(nèi)容。本發(fā)明涉及真空滲碳處理方法和真空滲碳處理裝置。
背景技術：
真空滲碳處理是通過在金屬制的被處理物的表層部進行滲碳并淬火，來提高表層 部的硬度的滲碳處理的一種。真空滲碳處理有例如在特開平8-325701號公報(下面簡稱 為專利文獻1)和特開2004-115893號公報(下面簡稱為專利文獻2)中所公開的。在專利文獻1中公開的真空滲碳處理是在加熱室中，在極低壓力狀態(tài)下，將被處 理物加熱至規(guī)定溫度，將乙炔等滲碳性氣體裝入加熱室內(nèi)，對被處理物進行滲碳。之后，停 止供給滲碳性氣體，通過再次使加熱室內(nèi)呈極低壓力狀態(tài)，使被處理物表面附近的碳向內(nèi) 部擴散，降溫至淬火溫度后，進行油冷卻。對于專利文獻2中公開的真空滲碳處理，為了改善被處理物的表面(特別是角部) 的過剩的滲碳，在如專利文獻1的真空滲碳處理中的擴散的初期，將脫碳性氣體引入爐(等 同于專利文獻1的加熱室)內(nèi)，減少或除去被處理物的表面的滲碳體。圖12、13是表示在以往的真空滲碳處理中，處理汽車用內(nèi)齒輪(U > 7 < 7 )時 各工序的處理時間和溫度、氣氛條件及裝置形式實例的說明圖。該處理條件為以所謂母材 碳濃度為0. 2%的SCr420的鋼材為處理對象材料，使表面碳濃度目標為0. 8%，圖12中的 有效滲碳深度為0. 8mm,圖13中的有效滲碳深度為1. 5mm,使該有效滲碳深度的碳濃度目標 為 0. 35%。在如上所述的以往的真空滲碳處理中，如圖12、13所示，在擴散工序之后，在降溫 工序中，降溫至淬火溫度后，轉(zhuǎn)移到淬火前的保持工序。此時，通常在使?jié)B碳處理的處理溫 度X°C為930°C左右進行，但處理溫度越高，滲碳和擴散進行得越迅速，因此可以縮短真空 滲碳處理所需的時間。然而，在處理溫度X°C例如約1050°C進行真空滲碳處理時，不能將因高溫處理而 肥大化的被處理物W的結晶顆粒微細化，因此存在不能獲得具有規(guī)定的物性值的被處理物 W這樣的問題。另外還存在在被處理物的表面和內(nèi)部之間產(chǎn)生溫度偏差從而結晶顆粒變得 不均勻的問題。本發(fā)明是鑒于上述事實而提出的，目的在于即使在通過提高處理溫度迅速進行滲 碳和擴散來縮短處理時間的場合，在謀求通過高溫處理的被處理物的表面和內(nèi)部之間的溫 度均勻化的同時，改善結晶顆粒肥大化，也可以得到具有規(guī)定的物性值的被處理物。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本申請的第1方面是真空滲碳處理方法，該方法在預熱工序 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，將上述加熱室內(nèi)減壓至極低 氣壓狀態(tài)，由該狀態(tài)將滲碳性氣體提供至上述加熱室內(nèi)，對上述被處理物滲碳。之后，在擴 散工序中，停止提供上述滲透性氣體，使碳從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴散，在淬火工序 中，使上述被處理物的溫度為第2溫度，由該狀態(tài)進行急冷，其中在上述擴散工序和上述淬 火工序之間進行如下工序正火工序，即對上述被處理物的溫度交替多次重復進行從上述 第1溫度至規(guī)定溫度的降溫處理和保溫處理的逐步冷卻，以使溫度履歷滿足規(guī)定條件；正 火后保持工序，即上述正火工序之后，通過在規(guī)定時間保溫以使上述被處理物整體達到上 述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結晶顆粒微細化；和再加熱工序，即在上述正火后保持工序 之后，使上述被處理物的溫度上升至上述第2溫度。對于本申請的第2方面，在上述第1發(fā)明的真空滲碳處理方法中，對于上述正火工 序中的各降溫處理，也可以分別均等地設定降溫溫度。對于本申請的第3方面，在上述第1或第2方面的真空滲碳處理方法中，也可以在 上述加熱室內(nèi)進行上述滲碳工序、上述擴散工序、上述正火工序和上述再加熱工序。對于本申請的第4方面，在上述1至3的方面的真空滲碳處理方法中，也可以在與 上述加熱室分開設置并冷卻上述被處理物的冷卻室中進行上述淬火工序。對于本申請的第5方面，在上述1至4的方面的真空滲碳處理方法中，也可以在將 上述加熱室內(nèi)減壓至極低氣壓狀態(tài)或?qū)⒍栊詺怏w裝入上述加熱室內(nèi)的狀態(tài)下進行上述預 熱工序、上述擴散工序和上述再加熱工序。進一步，本申請的第6方面是真空滲碳處理裝置，該裝置具有具備加熱器的加熱 室和具備第1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，將上述加熱室內(nèi)減壓至規(guī)定氣壓以下的狀態(tài)，由該狀態(tài)向上述加熱室內(nèi)提供 滲碳性氣體，對上述被處理物滲碳，停止提供上述滲碳性氣體，使碳從上述被處理物的表面 向內(nèi)部擴散，使上述被處理物的溫度為第2溫度的狀態(tài)，由該狀態(tài)在上述冷卻室中，通過上 述第1冷卻器進行急冷，其中上述加熱室具備用絕熱隔壁包圍的爐、由至少在上述爐內(nèi)配 置的第1氣體對流裝置構成的第2冷卻器、和在開的位置使上述加熱室內(nèi)的氣體循環(huán)的同 時，在閉的位置使上述爐內(nèi)的氣體對流的風路轉(zhuǎn)換機構。另外，對于本申請的第7方面，在上述第6方面的真空滲碳處理裝置中，上述第2 冷卻器也可以由上述第1氣體對流裝置和設置在加熱室的熱交換器構成。另外，對于本申請的第8方面，在上述第6或7方面的真空滲碳處理裝置中，上述 第1氣體對流裝置是離心風扇，上述風路轉(zhuǎn)換機構也可以具備設置在上述離心風扇氣體輸 出方向的上述爐的上述絕熱隔壁的一部分上的第1門、和相對該第1門，隔著上述被處理 物，在相反側的上述絕熱隔壁上設置的第2門。進一步，對于本申請的第9方面，在上述第6至8方面的真空滲碳處理裝置中，上 述第1氣體對流裝置也可以通過把滲碳后的上述被處理物的溫度從上述第1溫度降低至規(guī) 定溫度，以使溫度履歷滿足規(guī)定條件，進行規(guī)定時間的保溫，以使上述被處理物整體達到上 述規(guī)定溫度，使上述被處理物的結晶顆粒微細化。另外，本申請的第10方面是真空滲碳處理裝置，該裝置具有具備加熱器和冷卻室的加熱室，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，將上述加 熱室內(nèi)減壓至規(guī)定氣壓以下的狀態(tài)，由該狀態(tài)向上述加熱室內(nèi)提供滲碳性氣體，對上述被 處理物滲碳，停止提供上述滲碳性氣體，使碳從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴散，使上述被 處理物的溫度為第2溫度的狀態(tài)，由該狀態(tài)通過上述冷卻器進行急冷，其中上述加熱室具 備用絕熱隔壁包圍的爐、在上述爐內(nèi)配置的第1氣體對流裝置、和在開的位置使上述加熱 室內(nèi)的氣體循環(huán)來冷卻上述被處理物的同時，在閉的位置使上述爐內(nèi)的氣體對流的風路轉(zhuǎn) 換機構。對于本申請的第11方面，在上述第6至10方面的真空滲碳處理裝置中，上述加熱 器具有由耐受從高溫狀態(tài)開始的急冷的導電性材料形成并配置在上述爐內(nèi)的發(fā)熱構件、 和 設置在上述爐的上述絕熱隔壁上，相對于上述爐的上述絕熱隔壁位置固定地支撐上述發(fā)熱 構件的支撐構件，在上述加熱室外，配置測定上述發(fā)熱構件的接地電流的電流測定機構，可 以從上述電流測定機構的測定值檢測上述發(fā)熱構件有無接地。對于本申請的第12方面，在上述第6至11方面的真空滲碳處理裝置中，上述冷卻 器也可以使高壓氣體循環(huán)來冷卻上述被處理物。對于本申請的第13方面，在上述第6至12方面的真空滲碳處理裝置中，上述加熱 室也可以具備第2氣體對流裝置。根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理方法，因在擴散后進行正火和進行其后的溫度保持， 所以為了縮短處理時間，即使在高溫下進行滲碳和擴散，使結晶顆粒粗大化，通過正火和其 后的溫度保持，也可以使被處理物的結晶顆粒微細化。特別在擴散后的正火中，通過交替重 復降溫處理和保溫處理，進行降低被處理物的溫度的逐步冷卻，保溫時每個被處理物的整 體的溫度都被均勻化，可以抑制冷卻時產(chǎn)生的被處理物的表面溫度和內(nèi)部溫度的溫度(不 均)。因此，可以進一步均勻地使被處理物的結晶顆粒微細化。為此，可以一邊通過高溫處 理縮短處理時間，一邊改善高溫處理引起的被處理物的結晶顆粒的肥大化，從而可以得到 具有規(guī)定的物性值的被處理物，確保規(guī)定的品質(zhì)。進一步，根據(jù)本發(fā)明，因正火后接著進行再加熱和淬火，所以可以有效地完成真空 滲碳處理。另外，根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理裝置，在加熱室的爐內(nèi)設置了第1氣體對流裝 置，因此使用在爐內(nèi)產(chǎn)生的輻射熱和通過第1氣體對流裝置產(chǎn)生的強制對流熱，可以迅速 且均勻地改變爐內(nèi)的溫度。因此，升溫時可以縮短處理時間。而且，在爐內(nèi)開的位置使加熱室內(nèi)的氣體循環(huán)來冷卻被處理物的同時，在關的位 置設置使爐內(nèi)的氣體對流的風路轉(zhuǎn)換機構，因此通過開閉操作該風路轉(zhuǎn)換機構，可以容易 地實行保持工序中的溫度調(diào)節(jié)。特別是，為了進行溫度保持，需要加熱器，因此正火后，為了 接著進行溫度保持，有必要連續(xù)進行冷卻和加熱，通過在加熱室的爐內(nèi)設置第1氣體對流 裝置，可以容易地實行。為此，在正火工序中，通過進行逐步冷卻，可以精確度良好地且容易 地進行冷卻處理和保溫處理的細微的溫度調(diào)節(jié)。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的真空滲碳處理裝置的結構的主視圖。圖2是圖1的左視圖。
圖3是圖1的右視圖。圖4是表示本發(fā)明的一實施方式的加熱器形狀的立體圖。圖5是表示本發(fā)明的一實施方式的加熱器22相對于爐50的絕熱隔壁21的安裝 結構以及加熱器22和電源部23的電連接的示意圖。圖6是表示本發(fā)明的一實施方式的真空滲碳處理的各工序的處理時間和 溫度、氣 氛條件和裝置形式實例的說明圖。圖7是顯示圖6的正火工序中的逐步冷卻的處理時間和溫度的說明圖。圖8是表示與圖7相比較，所示正火工序的處理時間和溫度的說明圖。圖9是表示本發(fā)明的一實施方式的真空滲碳處理的各工序的處理時間和溫度、氣 氛條件和裝置形式實例的說明圖。(和圖6的有效滲碳深度不同)圖10是表示本發(fā)明的一實施方式的真空滲碳處理裝置的形式的實例的示意圖。圖11是表示本發(fā)明的其它實施方式的真空滲碳處理裝置的結構的截面圖。圖12是表示在處理汽車用內(nèi)齒輪時，以往的真空滲碳處理的各工序的處理時間 和溫度、氣氛條件和裝置形式實例的說明圖。圖13是表示在處理汽車用內(nèi)齒輪時，以往的真空滲碳處理的各工序的處理時間 和溫度、氣氛條件和裝置形式實例的說明圖。(和圖12的有效滲碳深度不同)
具體實施例方式下面參照附圖，就本發(fā)明的真空滲碳處理裝置和方法的一實施方式進行說明。另 夕卜，在下面的附圖中，為了使各構件為可辨認的大小，可以適當改變各構件的比例。圖1 3是表示本實施方式的真空滲碳處理裝置的結構的截面圖，圖1是主視圖， 圖2是左視圖，圖3是右視圖。如圖1 3所示，本實施方式的真空滲碳處理裝置具備箱體 1、加熱室2和冷卻室3，是在不同的室中進行加熱和冷卻的雙室型。箱體1大致為圓筒形， 以軸線水平設置，在軸線方向大致中央處分隔的一側放置加熱室2，另一側為冷卻室3。另 夕卜，在箱體1的軸線方向大致中央部，通過使關閉冷卻室3的入口 3a的門11升降，設置開 閉冷卻室3的開閉機構12。加熱室2具備爐50、加熱器22、電源部23和載置臺25。其中，圖4是表示加熱器 22的形狀的立體圖。另外，圖5是表示加熱器22相對于爐50的安裝結構和加熱器22與后 面所述的電源部23的電連接的示意圖。如圖5所示，爐50是在金屬制的外廓21a和石墨制的內(nèi)廓21b之間，將填充了絕 熱材料21c的絕熱隔壁21形成為箱型形狀而成的。如圖4所示，加熱器22包括同型的3個加熱器Hl H3。各加熱器Hl H3包括 中空細軸部gl、實心細軸部g2、實心粗軸部g3、連接器cl c3、供電軸部m。中空細軸部 gl、實心細軸部g2和實心粗軸部g3是石墨制的。供電軸部m是金屬制的。連接器cl是長方體，在長度方向2等分的各個區(qū)域具備每個相互反向的連接部 al、bl，可以通電連接中空細軸部gl和實心細軸部g2。連接器c2是L字型，即2個連接部 a2、b2相互以垂直方向設置，中空細軸部gl彼此可以通電連接。連接器c3是2個朝著同 方向的連接部a3、b3間隔連接而成的，中空細軸部gl彼此可以通電連接。以4根中空細軸部gl配置成矩形，矩形的3個角由連接器c2連接。形成上述矩形的剩下的1個角的2個中空細軸部gl的各端部中的一端通過連接器Cl與實心細軸部g2 連接，另一端安裝在連接器c3的連接部a3、b3的一端。安裝在實心細軸部g2的連接器cl 上的端部相反側的端部與實心粗軸部g3的一端部連接，在實心粗軸部g3的另一端部安裝 供電軸部m。包括如上所述的4根中空細軸部gl、實心細軸部g2、實心粗軸部g3、連接器cl、3 個連接器c2和供電軸部m的結構，成對并由連接器c3連接，構成各加熱器Hl H3。另外，中空細軸部gl、實心細軸部g2和實心粗軸部g3隨各個截面積的差異而改 變發(fā)熱難易程度，中空細軸部gl、實心細軸部g2、實心粗軸部g3依次易于發(fā)熱，實心粗軸部 g3難于發(fā)熱。如圖5所示，供電軸部m是中空的，在內(nèi)部放置冷卻管t。在冷卻管t中循環(huán)抑制 通電引起的溫度上升的冷卻水。加熱器Hl H3由在爐50的絕熱隔壁21的一部分上設置的加熱器支撐部26支 撐。加熱器支撐部26是陶瓷制的，形成內(nèi)徑比實心粗軸部g3的直徑大的大致圓筒形，以圓 筒的軸方向與絕熱隔壁21的厚度方向平行地進行固定，以使各端部分別位于絕熱隔壁21 的內(nèi)側和外側。位于絕熱隔壁21的外側的端部設置了直徑和比圓筒的內(nèi)徑小的實心粗軸部g3的 直徑相同的開口 26a，通過在該開口 26a上鑲嵌安裝實心粗軸部g3，來支撐各加熱器Hl H3。另外，供電軸部m從設置在箱體1上的開口 Ia向箱體1外導出。在開口 Ia和供 電軸部m的間隙，用密封材料Ib堵塞而密閉。電源部23與供電軸部m連接。電源部23具有電源23a、斷路器23b、晶閘管23c、溫度調(diào)節(jié)計23d、變壓器23e、電 阻器23f和電流計23g。電源23a通過斷路器23b、晶閘管23c和變壓器23e與供電軸部m連接，向供電軸 部m提供電力。斷路器23b在對電路的負荷超過允許值時切斷電力，防止電路遭受過負荷。晶閘管23c與溫度調(diào)節(jié)計23d協(xié)同工作，使電路呈導通狀態(tài)，直至加熱器Hl H3 的溫度達到規(guī)定溫度，當加熱器Hl H3的溫度達到規(guī)定溫度，解除導通。變壓器23e將由 電源23a供電的電力的電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定的值。電阻器23f和電流計23g配置在從變壓器23e和供電軸部m之間的電路分岔并接 地的電路的中間。電流計23g測定接地電流。其中，如圖1、2所示，在加熱室2的上部，朝著下方設置電動機Ml。該電動機Ml的 軸51從爐50的上面穿插入路50內(nèi)，在軸51的端部安裝風扇Fl (第1氣體對流裝置)。該風扇Fl是離心風扇，沿著爐50內(nèi)的上面配置。是在風扇Fl的氣體輸出側，爐50上面的兩側部設置門53a、54a(第1門)(參見 圖2)。另外，隔著被處理物W在爐50的下面設置門55a(第2門)。各個門53a、54a、55a 與各個圓筒53b、54b、55b連接，構成可以開閉的風路轉(zhuǎn)換機構。也就是說，這些門53a、54a、 55a在開的位置時，爐50和加熱室2連通，通過使風扇Fl工作，流動的氣體可以在整個加熱 室2內(nèi)循環(huán)。另外，在真空狀態(tài)下，依次從溫度越高蒸汽壓越低的物質(zhì)蒸發(fā)，因此暴露在爐 50內(nèi)高溫下的風扇Fl也可以使用由即使爐50內(nèi)的溫度上升至1300°C左右也不熱變形的 物質(zhì)制造的風扇。
另外，在爐50外，沿著加熱室2的內(nèi)壁設置熱交換器24。熱交換器24從在爐50 內(nèi)加熱的氣體奪取熱來冷卻(參見圖2)。另外，除這種冷卻器24之外，也可以例如設置空氣冷卻風扇，來提高冷卻效率，所 述空氣冷卻風扇通過在箱體1內(nèi)設置水路，在其中通冷卻水來冷卻氣體的水冷夾套，或者 設置通過在箱體1外設置葉片，擴大熱放射面積來冷卻氣體。
冷卻加熱室2內(nèi)時，通過打開爐50的門53a、54a、55a，一邊用風扇Fl循環(huán)爐50內(nèi) 和加熱室2內(nèi)的氣體，一邊用熱交換器24冷卻，來降低加熱室2內(nèi)的溫度和爐50內(nèi)被處理 物W的溫度。這樣，冷卻加熱室2內(nèi)時，風扇Fl和熱交換器24 —起構成第2冷卻器40。載置臺25由矩形的框架和多個輥構成，各個輥以旋轉(zhuǎn)軸線與框架相對的2個邊平 行地并列，兩端旋轉(zhuǎn)自由地支撐在框架的其它2個邊上。設置這種載置臺25，以使各個輥的 旋轉(zhuǎn)軸線與運送方向垂直，從而可以良好地移送被處理物W。通過被載置在載置臺25上，也 可以從下面?zhèn)染鶆虻丶訜岜惶幚砦颳。另外，上述各部與風扇Fl—樣，是使用即使爐50內(nèi)的溫度升溫至1300°C左右也不 熱變形的物質(zhì)制造的。如圖3所示，冷卻室3是用于冷卻被處理物W的室，具備第1冷卻器31、整流板32 和載置臺33。第1冷卻器31具有熱交換器31a和風扇31b。熱交換器31a從冷卻室3內(nèi)的氣體 奪取熱來冷卻。風扇31b在冷卻器3內(nèi)在高壓下使氣體循環(huán)。整流板32是間隔切割成柵格狀的柵格箱，載置在放置冷卻室3內(nèi)的被處理物W的 位置的上下，來調(diào)節(jié)冷卻室3內(nèi)的氣體流動方向。載置臺33和設置在加熱室2內(nèi)的載置臺 25的結構大致相同，且配置在和載置臺25相同的高度。另外，該柵格箱也可以是柵格箱和 沖孔金屬(“> f >夕’乂夕 > )的組合。接著，就在上述結構的真空滲碳處理裝置中進行的真空滲碳處理，使用圖6 圖8 進行說明。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、淬火前保持工序和淬火工序。圖6是表示以所謂母材碳濃度為0. 2 %的SCr420的鋼材為處理對象材料，使表面 碳濃度目標為0. 8%，有效滲碳深度為0. 8mm，有效滲碳深度的碳濃度目標為0. 35%時，各 個工序的處理時間和溫度、氣氛條件和裝置形式實例的說明圖。圖7是圖6的正火工序的 放大圖，是以縱軸為溫度，橫軸為處理時間的說明圖。圖8是用于比較的圖，和圖7 —樣，將 正火工序放大表示，是以縱軸為溫度，橫軸為處理時間的說明圖。上述說明圖中的各工序的處理時間用根據(jù)Fick的第2定律的擴散方程式算出。在預熱工序中，首先，將被處理物W載置在被設置在加熱室2的爐50內(nèi)的加熱器 Hl H3包圍的位置。接著，從加熱室2排氣，使加熱室2內(nèi)和爐50內(nèi)減壓使之呈真空狀 態(tài)。其中，在通常的真空滲碳處理中，“真空”指大氣壓的1/10左右的IOkPa以下左右，在本 實施方式中，把IPa以下作為“空”。另外，此時，關閉風路轉(zhuǎn)換機構的門53a、54a、55a，將爐 50內(nèi)堵塞。然后，對加熱器22通電，使爐50內(nèi)的溫度升溫。即使在真空下進行全部的預熱工 序，也可以進行真空滲碳處理，但在本實施方式中，即使加熱室2內(nèi)的溫度升溫至650°C，為 了防止物質(zhì)從被處理物W的表面蒸發(fā)，也向加熱室2內(nèi)裝入惰性氣體。此時加熱室2內(nèi)的氣壓為0. IkPa 低于大氣壓左右。另外，通過使風扇Fl工作，使用使爐50內(nèi)升溫產(chǎn)生的 輻射熱和通過風扇Fl產(chǎn)生的強制對流熱這兩者，可以有效地使爐50內(nèi)升溫。此外，進一步 繼續(xù)升溫，使加熱室2內(nèi)的溫度升溫至1050°C后，向滲碳前保持工序轉(zhuǎn)移。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束時的溫度。經(jīng)過 該滲碳前保持工序，可以將被處理物W的溫度從表面至內(nèi)部均勻化為1050°C (第1溫度)。 在滲碳前保持工序的最后2分鐘，排出惰性氣體使加熱室2內(nèi)減壓，返回到真空狀態(tài)。在滲碳工序中，向加熱室2內(nèi)裝入滲碳性氣體。滲碳性氣體例如為乙炔。此時加 熱室2內(nèi)的氣壓為0. IkPa以下。在該滲碳工序中，通過把加熱室2內(nèi)置于1050°C這樣高溫 的滲碳性氣體氣氛下，對被處理物W滲碳。在擴散工序中，排出加熱室2內(nèi)的滲碳性氣體并裝入惰性氣體。此時加熱室2內(nèi) 的氣壓為0. IkPa 低于大氣壓左右。此外，保持加熱室2內(nèi)的溫度。經(jīng)過該擴散工序，被 處理物W表面附近的碳可以從表面向內(nèi)部擴散。如果處理溫度是相同條件，可以根據(jù)滲碳工序的處理時間和擴散工序的處理時 間，確定表面碳濃度、有效滲碳深度、有效滲碳深度的碳濃度。擴散工序之后進行正火工序。在正火工序之前，因被處理物W長時間暴露在 1050°C這樣高溫的下，因此結晶顆粒肥大化。正火工序是為了消除被處理物W的應變，或者 為了結晶顆粒微細化而進行的，在規(guī)定的處理時間(例如5 15分鐘)使爐50內(nèi)的溫度 從1050°C冷卻至600°C以下。其中，如圖8所示，在正火工序中，在規(guī)定的處理時間(例如，T1-T2間)只進行冷 卻，通常連續(xù)降低爐50內(nèi)的溫度至600°C以下。然而，一旦連續(xù)冷卻，被處理物W的表面溫 度(圖8中的Ptl)和內(nèi)部溫度(圖8中Qtl)的溫度變得不均勻，就會產(chǎn)生溫度不均，因此與 爐50的理想的冷卻梯度(圖8中的實線)相比，與被處理物W的實際溫度之間就會產(chǎn)生大 幅的誤差。此外，在正火工序后的正火后保持工序的開始時間T2，爐50內(nèi)的溫度、被處理物 W的表面溫度、內(nèi)部溫度的溫度降低就會發(fā)生延遲(例如，Δ&、AQ0)o結果，在該狀態(tài)下， 在正火后保持工序，即使在一定溫度下保溫，結晶顆粒也不能有效微細化。因此，如圖6、8所示，在正火工序中，從1050°C冷卻至600°C以下時，進行交替重復 冷卻和保溫處理的逐步冷卻。具體地說，連續(xù)使設置于爐50內(nèi)的風扇Fl工作，冷卻處理時，通過使風路轉(zhuǎn)換機 構的門53a、54a、55a在開的位置，打開爐50，通過熱交換器24循環(huán)加熱室2內(nèi)的氣體，來冷 卻滲碳后的被處理物W的溫度。另一方面，保溫處理時，通過使風路轉(zhuǎn)換機構的門53a、54a、 55a在關的位置，閉塞爐50，使氣體在爐50內(nèi)對流，進行保溫，使整個被處理物W的溫度變 得均勻。這樣，通過把冷卻處理和保溫處理作為1個循環(huán)，在規(guī)定的處理時間(例如T1-T2 間)內(nèi)，多次(例如3. 5循環(huán))進行該循環(huán)，使爐50內(nèi)的溫度冷卻至600°C以下。由此，各 冷卻處理時產(chǎn)生的被處理物W的表面溫度(圖7中的P1)和內(nèi)部溫度(圖7中Q1)的溫度 的不均在保溫處理時都被均勻化。因此，在抑制被處理物W的表面溫度和內(nèi)部溫度的溫度 不均的同時，在正火后保持工序的開始時T2，可以抑制爐50內(nèi)的溫度、被處理物W的表面溫 度、內(nèi)部溫度的溫度降低的延遲(例如，Δ Pp Δ(^)。另外，為了精確度良好地防止被處理物W的表面溫度和內(nèi)部溫度的溫度不均，優(yōu)選均勻(例如，在圖7中，各冷卻循環(huán)的溫度改變?yōu)?1050-600)/4(°C))設定逐步冷卻時的 各循環(huán)的冷卻溫度。進一步優(yōu)選均勻設定各循環(huán)的冷卻時間(例如，圖7中的Ta)或保溫 時間(例如，圖7中的Tb)。另外，可以適當改變冷卻處理和保溫處理的循環(huán)數(shù)。接著，進行正火后保持工序。在該正火后保持工序中，通過在規(guī)定時間(例如10 分鐘)保溫，將被處理物整體的溫度均勻化，可以進一步使結晶顆粒微細化。在再加熱工序中，再次提高在正火工序中下降的爐50內(nèi)的溫度。在再加熱工序 中，升溫至后面的淬火工序中的淬火溫度850°C (第2溫度)。此外，在淬火前保持工序中 將該溫度保持規(guī)定時間。經(jīng)過該淬火前保持工序，將被處理物W的溫度從表面直至內(nèi)部均 勻化為850°C。最后，將被處理物W轉(zhuǎn)移到冷卻室3中，進行淬火工序。在淬火工序中，用第1冷 卻器31冷卻被處理物W。此時的冷卻對于如本實施方式的處理對象材料即所謂的SCr420 的鋼材那樣的難以淬火的材料，為了進行淬火，需要在處理時的初期1分鐘左右的時間內(nèi)， 冷卻至冷卻的溫度差的一半左右。第1冷卻器31例如一邊在從10倍至30倍左右的大氣 壓下循環(huán)冷卻室3內(nèi)部的氣體，一邊冷卻，來提高被處理物W的冷卻速度。相對于上述以往的真空滲碳處理，根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理方法，因擴散后進 行正火和之后的溫度保持，因此為了縮短處理時間，即使在高溫下進行滲碳和擴散而使結 晶顆粒粗大化，也可以通過正火和之后的溫度保持，使被處理物W的結晶顆粒微細化。特別 在擴散后的正火中，通過交替重復降溫處理和保溫處理進行使被處理物W的溫度降低的逐 步冷卻，保溫時被處理物整體都被均勻化，可以抑制冷卻時產(chǎn)生的被處理物W的表面溫度 和內(nèi)部溫度的溫度不勻。因此，可以更均勻地使被處理物W的結晶顆粒微細化。因此，一邊 通過高溫處理縮短處理時間，一邊改善高溫處理引起的被處理物W的結晶顆粒的肥大化， 可以得到具有規(guī)定的物性值的被處理物W，并可確保規(guī)定的品質(zhì)。進一步，根據(jù)本發(fā)明，接著正火進行再加熱和淬火，因此可以有效地完成真空滲碳處理。另外，根據(jù)本發(fā)明的真空滲碳處理裝置，因再加熱室2的爐50內(nèi)設置了風扇Fl，因 此使用在爐50內(nèi)產(chǎn)生的輻射熱和由風扇Fl產(chǎn)生的強制對流熱，可以迅速且均勻地改變爐 50內(nèi)的溫度。因此，在升溫時，可以縮短處理時間。進一步，在爐50內(nèi)以開的位置使加熱 室2內(nèi)的氣體循環(huán)來冷卻被處理物W，同時設置以閉的位置使爐50內(nèi)的氣體對流的風路轉(zhuǎn) 換機構，因此通過開閉操作該風路轉(zhuǎn)換機構的門53a、54a、55a，可以容易地實行保持工序中 的溫度調(diào)節(jié)。特別地，為了進行溫度保持，需要加熱器22，因此正火后為了接著進行溫度保 持，需要連續(xù)進行冷卻和加熱，通過在加熱室2的爐50內(nèi)設置風扇Fl作為第2冷卻器40， 同時設置熱交換器24，可以容易地使其進行。因此，在正火工序中，在進行逐步冷卻方面，可 以精確度良好地且容易地進行冷卻處理和保溫處理的細微的溫度調(diào)節(jié)。進一步，因可在加熱室2內(nèi)進行正火，所以為了正火，不必從加熱室2取出被處理 物W，因此不增加移動高溫的被處理物W的次數(shù)，可以通過在高溫的狀態(tài)下移動被處理物W 來避免變形等危險。 圖9是表示以所謂母材碳濃度為0. 2 %的SCr420的鋼材為處理對象材料，使表面 碳濃度目標為0. 8%，有效滲碳深度為1. 5mm，有效滲碳深度的碳濃度目標為0. 35%時，各 個工序的處理時間和溫度、氣氛條件和裝置形式實例的說明圖。也就是說，在圖9所示的真空滲碳處理中，以和圖6所示的真空滲碳處理相同的鋼材為處理對象材料，與圖6所示的真 空滲碳處理的不同點是使有效滲碳深度為1. 5mm。和圖6 —樣，上述說明圖中的各工序的處理時間用根據(jù)Fick的第2定律的擴散方 程式算出。在圖9所示的真空滲碳 處理中，設定的有效滲碳深度比圖6的真空滲碳處理深，所 以滲碳工序和擴散工序的處理時間延長。圖9的其它工序的處理時間和圖6 —樣。這樣，即使在設定的有效滲碳深度深的真空滲碳處理中，通過開閉操作風扇Fl和 風路轉(zhuǎn)換機構的門53a、54a、55a，也可以有效地進行升溫和保溫時的溫度改變。此外，即使 在設定的有效滲碳深度深的真空滲碳處理中，即使為了縮短處理時間而在高溫下進行滲碳 和擴散而使結晶顆粒粗大化，通過在正火工序中進行逐步冷卻，也可以使結晶顆粒微細化。 因此，一邊通過高溫處理縮短處理時間，一邊改善高溫處理引起的結晶顆粒的肥大化，可以 得到規(guī)定的物性值的被處理物W。接著，就脫氣工序進行說明。在本實施方式中，在加熱器22中發(fā)生接地時，進行脫 氣工序。脫氣工序在用電流計23g測定的接地電流的值超過閾值時，不把被處理物W放入 爐50內(nèi)，而是將爐50內(nèi)的溫度升溫至比處理溫度(在本實施方式中為1050°C )高50 150°C的溫度，保持規(guī)定時間后，冷卻。經(jīng)過該脫氣工序，蒸發(fā)爐50內(nèi)的煤煙。在脫氣工序中，將加熱室2的溫度升溫至1200°C左右，設置在爐50內(nèi)的各構件是 用爐50內(nèi)的溫度即使升溫至1300°C左右也不蒸發(fā)的物質(zhì)制造的，因此可以除去煤煙而不 損害各構件。在實施上述脫氣工序時，根據(jù)以往的結構改變加熱器22的結構。S卩，以往的加熱 器的結構是用陶瓷等絕緣體覆蓋發(fā)熱部分即通電部分以免產(chǎn)生由煤煙附著造成的麻煩，通 過絕緣體間接地將熱傳導到外部。但是，在加熱室2的爐50內(nèi)進行本實施方式的正火工序時，在上述以往的結構中， 覆蓋通電部分的絕緣體的陶瓷因從加熱的狀態(tài)急劇冷卻而破裂。因此制成本實施方式的結 構的爐50。本實施方式的結構的爐50的結構一般認為能夠耐受從加熱狀態(tài)開始的急劇冷 卻。但是，在圖5所示的本實施方式的結構的加熱器22中，加熱器支撐部26 —旦被煤煙覆 蓋，就會接地。與此相反，在本實施方式中，監(jiān)視接地電流，接地電流超過規(guī)定的閾值時，進 行脫氣工序從接地狀態(tài)恢復，從而防止接地引起的損害。在上述實施方式中，使用圖1 3所示的雙室型的真空滲碳處理裝置進行說明，但 在其它方式的真空滲碳處理裝置中，如上述實施方式，可以進行在擴散工序后進行正火工 序和再加熱工序的真空滲碳處理。圖10是表示真空滲碳處理裝置的形式的實例的示意圖。如圖10所示，真空滲碳 處理裝置的形式除上述實施方式的雙室型之外，還包括單室型、連續(xù)型、運送裝置不同體型寸。單室型是沒有冷卻專用室而只由加熱室構成，在加熱室內(nèi)，具備相當于上述實施 方式中的第2冷卻器40的冷卻器的形式。對于單室型，因冷卻器在加熱室內(nèi)，溫度降低速 度慢，所以淬火性好的鋼材為處理對象材料時，可以利用。上述實施方式的處理對象材料即 所謂的SCr420的鋼材因淬火性差，所以在淬火工序前不能在單室型中進行。
連續(xù)型是在連續(xù)真空滲碳處理多個被處理物W時使用的形式，具備預熱室、第1加 熱室、第2加熱室和冷卻室。在第2加熱室中具備冷卻器。這種連續(xù)型例如以下面的順序 進行真空滲碳在預熱室進行預熱工序，在第1加熱室進行滲碳前保持工序、滲碳工序和擴 散工序，在第2加熱室進行正火工序、再加熱工序和淬火前保持工序，在冷卻室進行淬火工 序。隨著工序的進行，被處理物W依次移動經(jīng)過處理室，因此可以依次進行多個被處理物W 的真空滲碳處理。運送裝置不同體型是上述實施方式的加熱室2和冷卻室3不設置在同一箱體1 內(nèi)，成為不同體，進一步設置在兩個處理室間移動的被處理物W的運送裝置。真空滲碳處理 的各工序和上述實施方式一樣，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。其中，加熱室也可以 設置數(shù)臺而不限于1臺。在真空滲碳處理中，需要加熱室的時 間比需要冷卻室的時間長，因此如果加熱室和冷卻室的臺數(shù)為1 1，則冷卻室的空置時間 變長，但如果按照被處理物的數(shù)量增設加熱室，則通過從多臺加熱室向冷卻室依次運送被 處理物，可以減少冷卻室的空置時間而有效利用冷卻室，因此可以有效進行真空滲碳處理。 另外，設置多臺加熱室時，也可以使其中至少1臺附帶冷卻器，其它的加熱器沒有冷卻器。作為運送裝置不同體型的實例，除附圖所示的之外，可以考慮進一步具備主容器 和準備室。主容器例如是圓筒形的密閉容器，1臺至數(shù)臺加熱室、冷卻室和準備室以放射狀 與該圓筒形的主容器的外周面連接，運送裝置放置在主容器內(nèi)。運送裝置在與加熱室、冷卻 室和準備室任意一室連接的位置之間在主容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在這種真空滲碳處理裝置中，使用者一旦把被處理物放入準備室，運送裝置就從 準備室向加熱室運送被處理物，再從加熱室向冷卻室運送被處理物，從冷卻室向準備室運 送被處理物。然后，使用者從準備室取出被處理物。根據(jù)上述真空滲碳處理裝置，被處理物在運送經(jīng)過各室時，常常通過主容器內(nèi)，因 此把被處理物放入準備室后，實施真空滲碳處理，在從準備室取出之前，確實可以不與外部 的空氣接觸。另外，在把被處理物裝入加熱室或冷卻室內(nèi)之間，可以從準備室存取另外的處 理物，因此在多個被處理物的真空滲碳處理時，可以有效利用真空滲碳處理裝置的各個室。另外，上述主容器的形狀是一個實例，主容器也可以在放置運送裝置的同時，與加 熱室、冷卻室和準備室連接。進一步，通過使運送裝置安裝加熱器和/或冷卻器，在管理被處理物的溫度的同 時，可以在加熱室和冷卻室之間運送。而且，在運送被處理物時，加熱室或冷卻室和運送裝 置連通時，通過運送裝置的加熱器(或冷卻器)，可以使加熱室內(nèi)的溫度(或冷卻室內(nèi)的溫 度)和運送裝置內(nèi)的溫度為相同程度。此外，通過運送裝置的冷卻器，可以將真空滲碳處理 后的被處理物冷卻至常溫。接著，基于圖11，說明本發(fā)明的其它實施方式中的真空滲碳處理裝置。圖11是表示真空滲碳處理裝置結構的截面圖。本實施方式的不同點在于加熱室2除了上述第1氣體對流裝置，還具備第2氣體 對流裝置。如圖11所示，在爐50的側面配置電動機M1，從該電動機M1，通過沒有圖示出的 軸，安裝風扇Fl (第1氣體對流裝置)。
進一步，在加熱室2的上部配置電動機M2，通過沒有圖示出的軸，安裝風扇F2 (第 2氣體對流裝置)。該風扇F2設置在加熱室2的爐50外面，進行在加熱室2內(nèi)的氣體循環(huán)。 在爐50的上面設置門56a(第1門)，圓筒56b、55b與該門56a連接，可以形成開閉。S卩，在 本實施方式中，第2冷卻器40’由風扇F1、風扇F2和熱交換器24構成。根據(jù)本實施方式，如上述實施方式，起到和只設置風扇Fl的實施方式相同的效 果，同時在打開爐50的門56a、55a時，使風扇Fl和風扇F2這兩者工作，可以更有效地實行 加熱室2內(nèi)的溫度改變。另外，本發(fā)明的技術范圍不受上述實施方式的限定，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍 內(nèi)，上述實施方式包括加入各種改變的實施方式。例如，在上述方式中，是通過使高壓氣體 循環(huán)來冷卻被處理物W的第1冷卻器31，在實施時，冷卻器也可通過油冷來冷卻被處理物 I進一步，本實施方式中的逐步冷卻不只限于正火工序時，如圖12、13所示，在不進 行正火而在降溫工序中進行降溫至淬火溫度后，移至淬火前保持工序的以往的真空滲碳處 理的場合，也可以在該降溫工序時進行逐步冷卻。即使在這種真空滲碳處理中，也可以謀求 因高溫處理而肥大化的被處理物的結晶顆粒的微細化。
權利要求
一種真空滲碳處理方法，該方法在預熱工序中，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，將上述加熱室內(nèi)減壓到極低氣壓狀態(tài)，由該狀態(tài)將滲碳性氣體提供到上述加熱室內(nèi)，對上述被處理物滲碳，在擴散工序中，停止提供上述滲碳性氣體，使碳從上述被處理物的表面向內(nèi)部擴散，在淬火工序中，使上述被處理物的溫度為第2溫度，在該狀態(tài)下進行急冷，其特征在于，在上述擴散工序和上述淬火工序之間進行正火工序，即對上述被處理物的溫度交替多次重復進行從上述第1溫度至600℃以下的降溫處理和保溫處理的逐步冷卻，以使溫度履歷滿足規(guī)定條件；正火后保持工序，即上述正火工序之后，通過10分鐘保溫以使上述被處理物整體達到上述600℃以下，使上述被處理物的結晶顆粒微細化；和再加熱工序，即在上述正火后保持工序之后，將上述被處理物的溫度上升至上述第2溫度。
2.權利要求1所述的真空滲碳處理方法，其中，對于上述正火工序中的各降溫處理，分 別均等地設定降溫溫度。
3.權利要求1或2所述的真空滲碳處理方法，其中，在上述加熱室內(nèi)進行上述滲碳工 序、上述擴散工序、上述正火工序和上述再加熱工序。
4.權利要求1所述的真空滲碳處理方法，其中，在與上述加熱室分開設置并冷卻上述 被處理物的冷卻室中進行上述淬火工序。
5.權利要求1所述的真空滲碳處理方法，其中，在將上述加熱室內(nèi)減壓至極低氣壓狀 態(tài)或?qū)⒍栊詺怏w裝入上述加熱室內(nèi)的狀態(tài)下進行上述預熱工序、上述擴散工序和上述再加 熱工序。全文摘要
本發(fā)明涉及真空滲碳處理方法和真空滲碳處理裝置。在擴散工序和淬火工序之間進行以下工序正火工序，即對被處理物的溫度交替多次重復進行從第1溫度至規(guī)定溫度的降溫處理和保溫處理的逐步冷卻，以使溫度履歷滿足規(guī)定條件；正火后保持工序，即正火工序之后，通過在規(guī)定時間保溫以便整個上述被處理物達到規(guī)定溫度，使被處理物的結晶顆粒微細化；和再加熱工序，即在正火后保持工序之后，使被處理物的溫度上升至第2溫度。根據(jù)本發(fā)明，即使在通過提高處理溫度迅速進行滲碳和擴散來縮短處理時間的場合，也可以在謀求因高溫處理引起的被處理物的表面和內(nèi)部之間的溫度均勻化的同時改善結晶顆粒的肥大化，得到具有規(guī)定的物性值的被處理物。
文檔編號C21D1/06GK101967622SQ20101053756
公開日2011年2月9日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權日2007年3月9日
發(fā)明者勝俁和彥 申請人:株式會社Ihi