JP2009215586A

JP2009215586A - 金属材料の熱処理装置

Info

Publication number: JP2009215586A
Application number: JP2008058892A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Abe; 好伸阿部; Shinya Inaba; 臣哉稲葉; Yoshiyuki Wada; 嘉之和田; Yoshifumi Wada; 好史和田
Original assignee: Iwatani International Corp; Cool Technos Co Ltd
Current assignee: Iwatani International Corp; Cool Technos Co Ltd
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-09-24

Abstract

【課題】処理チャンバー内の温度分布を均一化するとともに、処理チャンバー内への不純ガスの流入を効果的に抑制することのできる金属材料の熱処理装置を提供する。
【解決手段】被処理ワーク(Ｗ)を収容している処理チャンバー(１)に液体窒素貯蔵槽から供給された液体窒素を噴霧供給して被処理ワークを深冷処理し、この深冷処理が終わった被処理ワーク(Ｗ)を無酸素雰囲気で焼き戻し処理する金属材料の熱処理装置であって、処理チャンバー(１)内にファン(２)を配置し、このファン(２)のファン駆動軸(13)を処理チャンバー(１)の壁面から壁面外に導出して駆動装置(３)に連動連結し、このファン駆動軸(13)を相対回転自在に枢支する軸受(21)を介装部材(23)を介して処理チャンバー(１)の器壁に装着し、前記介装部材(23)に生じるファン駆動軸(13)との挿通間隙に不活性ガスを噴出する不活性ガス通路(25)(26)を前記介装部材(23)に形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、寸法安定性や耐摩耗性、機械的特性に優れた金属材料を得るための熱処理技術に関し、特に、深冷処理(サブゼロ処理)と焼戻し処理とを一体的に行うことのできる金属材料の熱処理装置に関する。

高硬度の鋼材を製造するに当たっては、一般に焼き入れ処理が行われており、該焼き入れ処理によって、鋼はオーステナイト組織から、マルテンサイト組織に変態して硬くなる。この場合、残留オーステナイトが少ないほど、寸法安定性に優れ、また機械的特性や耐磨耗性が向上した鋼が得られることは知られている。

この残留オーステナイトを減少させるものとして、鋼を急冷せずに液体窒素温度(７７Ｋ)まで冷却して、一定時間温度を維持した後、４２３Ｋ程度まで昇温し、その後ゆっくりと室温まで戻す方法(非特許文献１)が提案されている。

ところが、上述した深冷処理と焼戻し処理とを順次行うものでは、低温域での深冷処理と、高温域での焼き戻し処理とを別の処理装置で行っていることから、被処理ワークのハンドリングが面倒であるという問題があった。また、深冷処理と焼戻し処理とを別の処理設備で行ったものでは、被処理ワークの表面に変色が見られることがあった。これは、焼戻し処理設備内での残留酸素やワーク自体から発生した酸素により部分的酸化が発生しているためと考えられる。また、それとは別に処理チャンバーに設けられている蓋開閉部でのパッキン材からの遊離不純物が付着することによる影響も考えられる。
ADVANCED MATERIALS & PROCESS vol.146 No.6 1994年

そこで、本出願人は、先に、深冷処理から焼戻し処理までを同一の処理チャンバー内で行えるものを提案した(特願２００７−４４８４８号)。

ところが、この先に提案したものでも、処理チャンバー内での温度分布の均一性が充分ではないという問題が残っていた。

本発明は、このような点に着目して提案されたもので、処理チャンバー内の温度分布を均一化するとともに、処理チャンバー内への不純ガスの流入を効果的に抑制することのできる金属材料の熱処理装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明は、被処理ワークを収容している処理チャンバーに液体窒素貯蔵槽から供給された液体窒素を噴霧供給して被処理ワークを深冷処理し、この深冷処理が終わった被処理ワークを無酸素雰囲気で焼き戻し処理する金属材料の熱処理装置であって、処理チャンバー内にファンを配置し、このファンのファン駆動軸を処理チャンバーの器壁から器壁外に導出して駆動装置に連動連結し、このファン駆動軸を相対回転自在に枢支する軸受を介装部材を介して処理チャンバーの器壁に装着し、前記介装部材に生じるファン駆動軸との挿通間隙に不活性ガスを噴出する不活性ガス通路を前記介装部材に形成したことを特徴としている

本発明では、ファン駆動軸の軸受と処理チャンバーの器壁との間に介装部材を配置し、この介装部材に形成されているファン駆動軸挿通孔の内周面とファン駆動軸外周面との間の挿通間隙に不活性ガスを噴出する不活性ガス通路を形成していることから、処理系全体の大きな温度変化が生じることに起因して、軸受の潤滑油蒸気や外気がファン駆動軸に沿って処理チャンバー内へ流入することを抑制することができる。また、軸受の影響を抑制することか゛できることから、ファンを高速で回転させることができるようになるから、処理チャンバー内での温度雰囲気を均一化することができる。

図は本発明を実施する装置の一例を示し、図１は金属材料の熱処理装置の正面図、図２はその要部の拡大断面図である。
この金属材料の熱処理装置は、被処理ワーク(Ｗ)を収容して、深冷処理や焼戻し処理をを行う処理チャンバー(１)と、この処理チャンバー(１)内に配設されているシロッコ式ファン(２)を駆動するための駆動装置(３)と、処理チャンバー(１)の蓋(４)を開閉作動させる開閉機構(５)、及び処理チャンバー(１)に深冷処理時の冷却媒体として使用される液体窒素の貯蔵槽(図示略)とを具備している。

処理チャンバー(１)は、７７Ｋから５７３Ｋまでの温度変化に耐えられるようにした断熱構造の恒温槽(６)と、この恒温槽(６)内に収容配置した円筒胴と鏡板とで構成した熱処理容器(７)と、熱処理容器(７)の内部に配置した被処理ワーク(Ｗ)の載置台(８)と、熱処理容器(７)の外周面と恒温槽(６)の内面との間に形成された空間内に熱処理容器(７)を取り囲む状態で配置した加熱用のシーズヒータ(９)とで構成してある。そして、処理チャンバー(１)の蓋(４)は前記熱処理容器(７)の上面開口部分に嵌り合うととも、恒温槽(６)の上面開口周縁部分に水冷通路を介してシリコンパッキンを介して密着載置されるように構成してあり、前記ワーク載置台(８)はこの処理チャンバー(１)の蓋(４)から吊り下げられた状態で支持されている。

また、この蓋(４)の開閉機構(５)は処理チャンバー(１)の両側面部分に配置した一対のエアシリンダで構成してあり、このエアシリンダ(５)(５)が伸縮することで蓋(４)が昇降して開閉するように構成してあり、エアシリンダ(５)(５)の上昇端部で蓋(４)は落下防止手段(10)により、保持されるようになっている。

熱処理容器(７)の底部には前記冷却媒体の送給路(11)と排出路(12)とが連通してあり、この冷却媒体の送給路(11)と排出路(12)とは恒温槽(６)を貫通して恒温槽(６)外に導出されている。

また、熱処理容器(７)の底部には、前述のシロッコファン(２)が収容配置してある。このシロッコファン(２)のファン駆動軸(13)は熱処理容器(７)及び恒温槽(６)を貫通して恒温槽(６)外に導出され、シロッコファン駆動装置(３)に連動連結されている。このシロッコファン駆動装置(３)は、変速装置(14)と駆動源である電動モータ(15)、及び変速装置(14)と電動モータ(15)とを連動連結する伝導装置とで構成してある。

そして、前記ファン駆動軸(13)は熱処理容器(７)及び恒温槽(６)の各器壁に装着されている軸支装置(16)に相対回転自在に枢支されている。この軸支装置(16)は熱処理容器(７)の壁面の一部をパイプ状に形成して構成した軸挿通孔(17)の内周面とファン駆動軸(13)の外周面との間に生じる隙間に装着したシール材や、熱処理容器(７)の前記軸挿通孔(17)の外周面と恒温槽(６)に形成した貫通孔(18)の内周面との間の隙間部分に装着されるフッ素樹脂製パッキン材(19)、このパッキン材(19)をはずれ出し防止状に恒温槽(６)に止めつけるための固定ブロック(20)、ファン駆動軸(13)に嵌合している軸受(21)を保持する軸受けブロック(22)、この軸受けブロック(22)と前記固定ブロック(20)との間に介装した介装部材(23)とで構成してある。

軸受けブロック(22)と前記固定ブロック(20)との間に介装した介装部材(23)は、図３に示すよう、その外側面とファン駆動軸挿嵌孔(24)の内周面とを連通させる一対の通路(25)(26)が透設してある。そして、この一方の通路(25)は不活性ガス導入路として作用し、ここに供給された不活性ガスをファン駆動軸挿嵌孔(24)の内周面とファン駆動軸(13)の外周面との間に生じる隙間に不活性ガスを噴出する不活性ガス導入路として作用するようにしてあり、他方の通路(26)はファン駆動軸挿嵌孔(24)の内周面とファン駆動軸(13)の外周面との間に噴出された不活性ガスの一部を導出する不活性ガス導出路として作用する。

上述の構成からなる熱処理装置では、軸受(21)の潤滑油(グリス)の蒸気がファン駆動軸(13)と軸支装置(16)での軸挿通孔の壁面との隙間にはいり込み、この隙間に入り込んだ潤滑油蒸気が熱処理容器(７)に浸入しようとするが、介装部材(23)に形成されている不活性ガス導入路(25)からファン駆動軸(13)の外周面と介装部材(23)のファン駆動軸挿嵌孔(24)の内周面との間の隙間に窒素ガス等の不活性ガスを噴出するようにしていることから、ファン駆動軸(13)を冷却することができるとともに、軸受(21)からの潤滑油蒸気やファン駆動軸(13)の周面に沿って流れる外気が熱処理容器(７)側に流れることを防止することができる。

また、上述のように軸受(21)の潤滑油蒸気や外気の熱処理容器(７)内への流入を阻止でき、且つファン駆動軸(13)の冷却を期待できることから、シロッコファン(２)を高速で回転させることが可能となり、熱処理容器(７)内の温度雰囲気を均一化することができることになる。

図４は、上述の構成からなる金属材料の熱処理装置を用いて、深冷処理の後に焼戻し処理を行つた場合での被処理ワークの温度分布を示すものである。この場合、シロッコファンを１５００rpmで回転させた。測定ポイントは被処理ワーク下面での１２０℃振り分けの３点、被処理ワーク上面での１２０℃振り分けの３点及びセンター軸上での上部、下部中央部の合計９点であった。その測定結果を図４に示す。

図４から分かるように、各測定点での各測定時点の最大温度差は、設定温度に対して±５℃以内に抑えられており、熱処理容器(７)内の温度分布を均一化することができる。

図５及び図６は介装部材(23)の別実施例を示し、これは、軸受ブロック(22)側の端面にファン駆動軸挿嵌孔(24)を取り囲む環状溝(27)を刻設し、この環状溝(27)の内部に不活性ガス導入路(25)を開口するとともに、軸受ブロック(22)側の端面に凹設した不活性ガス導出路(26)をこの環状溝(27)に連通させてある。そして、この環状溝(27)の軸側に位置する突状の鍔部の幅は軸受(21)の内輪厚と同等に形成してある。介装部材(23)での不活性ガス流通経路をこのように構成することによって、軸受(21)からの潤滑油蒸気はこの環状溝(27)部分で受け止められ排出されることになるから、潤滑油蒸気がファン駆動軸(13)に沿って熱処理容器(７)内に流れ込むことを抑制することができる。

本発明は、深冷処理と焼戻し処理とを一体的に行うことのできる金属材料の熱処理装置に関する。

金属材料の熱処理装置の正面図である。図１に示す装置の要部の拡大断面図である。介装部材の縦断面図である。被処理ワークの温度分布を示す表である。介装部材の別の実施形態での中央部縦断斜視図である。介装部材の別の実施形態での縦断面図である。

符号の説明

Ｗ…被処理ワーク、１…処理チャンバー、２…ファン、13…ファン駆動軸、３…駆動装置、21…軸受、23…介装部材、25・26…不活性ガス通路、６…恒温槽、７…熱処理容器。

Claims

被処理ワーク(Ｗ)を収容している処理チャンバー(１)に液体窒素貯蔵槽から供給された液体窒素を噴霧供給して被処理ワーク(Ｗ)を深冷処理し、この深冷処理が終わった被処理ワーク(Ｗ)を無酸素雰囲気で焼き戻し処理する金属材料の熱処理装置であって、
処理チャンバー(１)内にファン(２)を配置し、このファン(２)のファン駆動軸(13)を処理チャンバー(１)の壁面から壁面外に導出して駆動装置(３)に連動連結し、このファン駆動軸(13)を相対回転自在に枢支する軸受(21)を介装部材(23)を介して処理チャンバー(１)の壁面に装着し、前記介装部材(23)に生じるファン駆動軸(13)との挿通間隙に不活性ガスを噴出する不活性ガス通路(25)(26)を前記介装部材(21)に形成したことを特徴とする金属材料の熱処理装置。
処理チャンバー(１)が断熱構造の恒温槽(６)とこの恒温槽(６)の内部に収容した熱処理容器(７)とで構成されている請求項１に記載した金属材料の熱処理装置。
ファン駆動軸(13)の挿通間隙に噴出する不活性ガスが窒素ガスである請求項１又は２に記載の金属材料の熱処理装置。