JP6167453B2

JP6167453B2 - Sinter hardening method

Info

Publication number: JP6167453B2
Application number: JP2013142796A
Authority: JP
Inventors: 功介平井; 晋作寺田
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: JP2015014041A

Description

本発明は、粉末成形されたワークを加熱して焼結し、その後の冷却工程で急速冷却を行なうことにより、高強度の焼結品を製造するシンターハードニング方法に関する。 The present invention relates to a sintering hardening method for manufacturing a sintered product having high strength by heating and sintering a powder-formed workpiece and performing rapid cooling in a subsequent cooling step.

従来、高強度の焼結品を製造する方法として、粉末成形されたワークを焼結し、冷却した後、別工程で浸炭焼入れなどの熱処理を行なう方法が一般的であったが、この方法では、焼結とその後の熱処理とでそれぞれ加熱を行なうので、加熱に伴う膨張・収縮による歪みが発生しやすく、焼結品の寸法精度の低下が避けられなかった。 Conventionally, as a method for producing a high-strength sintered product, a method in which a powder-formed workpiece is sintered and cooled, and then a heat treatment such as carburizing and quenching is performed in a separate process, but in this method, In addition, since heating is performed in each of the sintering and the subsequent heat treatment, distortion due to expansion / contraction due to heating is likely to occur, and a reduction in the dimensional accuracy of the sintered product is inevitable.

これに対し、近年、シンターハードニングという技術が開発されている。シンターハードニングは、粉末成形されたワークを加熱して焼結（sinter）し、その後の冷却過程でワークを急速冷却することで焼入れ（hardening）する方法である。この方法によれば、１の加熱で、焼結と焼入れとを行なうことができるので、加熱に伴う歪みの発生が抑えられる。 On the other hand, in recent years, a technique called sinter hardening has been developed. Sinter hardening is a method in which a powder molded workpiece is heated to sinter and then hardened by rapidly cooling the workpiece in a subsequent cooling process. According to this method, since the sintering and quenching can be performed by one heating, the generation of distortion due to the heating can be suppressed.

シンターハードニングは、例えば、ローラハース炉、プッシャー炉、メッシュベルト炉を用いて行なわれる。ローラハース炉は、ワークを載せたトレイを、搬送方向に沿って並んだローラで移動させる連続焼結炉である（例えば特許文献１）。プッシャー炉は、ワークを載せたトレイが搬送方向に沿って隙間なく並び、その上流端のトレイをプッシャーで下流側に押し動かすことで、全トレイを同時に移動させる連続焼結炉である（例えば特許文献２）。メッシュベルト炉は、金属製のメッシュベルトにワークを載せ、そのメッシュベルトでワークを炉内で移動させる連続焼結炉であるが、メッシュベルトの耐熱性の観点から１１５０℃を超える温度での焼結を行なうことは難しい。 Sinter hardening is performed using, for example, a roller hearth furnace, a pusher furnace, or a mesh belt furnace. The roller hearth furnace is a continuous sintering furnace in which a tray on which a workpiece is placed is moved by rollers arranged in the conveying direction (for example, Patent Document 1). A pusher furnace is a continuous sintering furnace in which trays on which workpieces are placed are arranged without gaps along the conveying direction, and all trays are moved simultaneously by pushing the upstream end tray downstream with a pusher (for example, patents). Reference 2). The mesh belt furnace is a continuous sintering furnace in which a work is placed on a metal mesh belt and the work is moved in the furnace by the mesh belt. From the viewpoint of heat resistance of the mesh belt, the sintering is performed at a temperature exceeding 1150 ° C. It is difficult to conclude.

特許第４５７６３３１号公報Japanese Patent No. 4576331 特開平６−３４６１０４号公報JP-A-6-346104

本願の発明者は、環状のワークを用いて、シンターハードニングの試験を行なった。具体的には、カーボントレイに複数のセラミックス板を載せ、更にその各セラミックス板に環状のワークを載せた状態で、カーボントレイを焼結室と急冷室とに順に移動させることにより、環状ワークのシンターハードニングを行なった。このとき、焼結室では、ワークを１１００〜１３００℃程度の焼結温度に加熱して所定時間その温度を保持し、急冷室では、焼結温度からの冷却過程でワークに冷却ガスを吹き付けて焼入れを行なった。ワークとカーボントレイの間にセラミックス板を介在させる理由は、高温のワークが、カーボントレイの炭素と反応するのを防止するためである。セラミックス板は、穴や凹凸のない平板状のものを使用した。 The inventor of the present application conducted a sinter hardening test using an annular workpiece. Specifically, by placing a plurality of ceramic plates on a carbon tray and further placing an annular workpiece on each ceramic plate, the carbon tray is moved in turn to a sintering chamber and a quenching chamber, thereby Sinter hardening was performed. At this time, in the sintering chamber, the workpiece is heated to a sintering temperature of about 1100 to 1300 ° C. and held for a predetermined time, and in the quenching chamber, a cooling gas is blown onto the workpiece in the cooling process from the sintering temperature. Quenching was performed. The reason for interposing the ceramic plate between the workpiece and the carbon tray is to prevent the high-temperature workpiece from reacting with the carbon in the carbon tray. As the ceramic plate, a flat plate having no holes or irregularities was used.

上記シンターハードニング試験を行なった結果、本願の発明者は、ワークに冷却ガスを吹き付けて急冷するときに、ワークがセラミックス板に対して移動する場合があることに気が付いた。ワークの急冷中に、ワークがセラミックス板に対して移動すると、冷却むらが生じる等により、ワークの寸法精度（特に平面度）が低下する。 As a result of performing the sinter hardening test, the inventor of the present application has noticed that the workpiece may move relative to the ceramic plate when the workpiece is rapidly cooled by spraying a cooling gas. If the workpiece moves with respect to the ceramic plate during the rapid cooling of the workpiece, the dimensional accuracy (particularly flatness) of the workpiece decreases due to uneven cooling.

ここで、ワークがセラミックス板に対して移動する原因は、次のように考えられる。すなわち、ワークを冷却して焼入れするためには、変態点以上の温度からワークを急速に冷却する必要があり（少なくとも０．８℃／秒以上）、この冷却速度を確保するためには、ワークに冷却ガスを吹き付ける際に、冷却ガスの風速を高くする必要がある。例えば、３〜４℃／秒の冷却速度を得るために、およそ２０〜３０ｍ／秒程度の風速が必要となることがある。そして、高い風速で冷却ガスを吹き付けたときに、環状ワークの中央の開口部に流れ込んだ冷却ガスが、ワークとセラミックス板の間に流入して、ワークを移動させるものと考えられる。 Here, the cause of the workpiece moving relative to the ceramic plate is considered as follows. That is, in order to cool and quench the workpiece, it is necessary to rapidly cool the workpiece from a temperature equal to or higher than the transformation point (at least 0.8 ° C./second or more). When the cooling gas is sprayed on the air, it is necessary to increase the wind speed of the cooling gas. For example, in order to obtain a cooling rate of 3 to 4 ° C./second, a wind speed of about 20 to 30 m / second may be required. And when cooling gas is sprayed with a high wind speed, it is thought that the cooling gas which flowed into the opening part of the center of a cyclic | annular workpiece | work flows between a workpiece | work and a ceramic board, and moves a workpiece | work.

本発明は、上記の事情を考慮し、環状ワークをシンターハードニングするときに、急冷時のワークの移動とワークの寸法精度の低下とを防止することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to prevent movement of a workpiece during rapid cooling and reduction in dimensional accuracy of the workpiece when a sintered workpiece is sintered.

上記の課題を解決するために、本発明では、以下の構成を採用したシンターハードニング方法を提案する。
カーボントレイに複数のセラミックス板を載せ、更にその各セラミックス板に粉末成形されたワークを載せた状態で、前記カーボントレイを、前記ワークを焼結温度に加熱する焼結室と、前記焼結温度からの冷却過程で前記ワークに冷却ガスを吹き付けて焼入れする急冷室とに順に移動させるシンターハードニング方法であって、
前記ワークは、中央に開口部をもつ環状体であり、
前記セラミックス板は、前記ワークを前記セラミックス板に載せたときのワークの開口部の位置に、前記セラミックス板を上下に貫通するガス抜け穴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention proposes a sinter hardening method adopting the following configuration.
In a state where a plurality of ceramic plates are placed on a carbon tray and further a powder molded workpiece is placed on each ceramic plate, the carbon tray is heated to a sintering temperature, and the sintering temperature is heated. A sintering hardening method for sequentially moving to a quenching chamber for quenching by blowing a cooling gas to the workpiece in the cooling process from
The workpiece is an annular body having an opening in the center,
The ceramic plate has a gas vent hole that vertically penetrates the ceramic plate at a position of an opening of the workpiece when the workpiece is placed on the ceramic plate.

本発明によれば、環状ワークをシンターハードニングするときに、急冷時のワークの移動とワークの寸法精度の低下とを防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when carrying out the sintering hardening of a cyclic | annular workpiece | work, the movement of the workpiece | work at the time of rapid cooling and the fall of the dimensional accuracy of a workpiece | work can be prevented.

本発明の実施形態にかかるシンターハードニング方法で使用する連続焼結炉を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the continuous sintering furnace used with the sintering hardening method concerning embodiment of this invention. 図１の急冷室近傍の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the quenching chamber vicinity of FIG. 図２に示す状態のワーク、セラミックス板、カーボントレイ、枠体の平面図である。It is a top view of the workpiece | work of the state shown in FIG. 2, a ceramic board, a carbon tray, and a frame. 図２に示すワークとセラミックス板の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the workpiece and the ceramic plate shown in FIG. 2.

［本発明の実施形態の説明］
（１）本発明の実施形態であるシンターハードニング方法は、
カーボントレイに複数のセラミックス板を載せ、更にその各セラミックス板に粉末成形されたワークを載せた状態で、前記カーボントレイを、前記ワークを焼結温度に加熱する焼結室と、前記焼結温度からの冷却過程で前記ワークに冷却ガスを吹き付けて焼入れする急冷室とに順に移動させるシンターハードニング方法であって、
前記ワークは、中央に開口部をもつ環状体であり、
前記セラミックス板は、前記ワークを前記セラミックス板に載せたときのワークの開口部の位置に、前記セラミックス板を上下に貫通するガス抜け穴を有する、
シンターハードニング方法である。
この構成を採用すると、急冷室で冷却ガスをワークに吹き付けたときに、環状ワークの中央の開口部に流れ込んだ冷却ガスが、セラミックス板のガス抜け穴に抜けるので、ワークとセラミックス板の間に冷却ガスが流入しにくくなる。そのため、セラミックス板に対するワークの移動と、ワークの寸法精度の低下とを防止することができる。
（２）前記カーボントレイは、前記セラミックス板を前記カーボントレイに載せたときの前記セラミックス板のガス抜け穴の位置に、前記カーボントレイを上下に貫通するガス排出穴を有する構成を採用すると好ましい。このようにすると、環状ワークの中央の開口部からセラミックス板のガス抜け穴に流入した冷却ガスを、カーボントレイのガス排出穴を通って円滑に排出することができる。
（３）前記カーボントレイの移動方向に沿って間隔をおいて配置された複数のローラを用いて前記カーボントレイを移動させる場合、前記カーボントレイの下に、前記カーボントレイのガス排出穴の下端と前記ローラの表面とが離間するように前記カーボントレイを支持する枠体を敷くと好ましい。このようにすると、カーボントレイの下の枠体によって、ガス排出穴の下端とローラの表面とが離間した状態に保たれるので、カーボントレイのガス排出穴の真下にローラがあるときにも、ガス排出穴からの冷却ガスの排出がローラで阻害されず、安定してガス排出穴の機能を確保することができる。
（４）前記セラミックス板の材質は、コージライトを採用すると好ましい。このようにすると、急冷室でワークに冷却ガスを吹き付けたときに、セラミックス板が破損するのを防止することができる。また、セラミックス板の破損によるワークの寸法精度の低下を防止することができる。 [Description of Embodiment of the Present Invention]
(1) A sinter hardening method according to an embodiment of the present invention includes:
In a state where a plurality of ceramic plates are placed on a carbon tray and further a powder molded workpiece is placed on each ceramic plate, the carbon tray is heated to a sintering temperature, and the sintering temperature is heated. A sintering hardening method for sequentially moving to a quenching chamber for quenching by blowing a cooling gas to the workpiece in the cooling process from
The workpiece is an annular body having an opening in the center,
The ceramic plate has a gas vent hole that vertically penetrates the ceramic plate at the position of the opening of the workpiece when the workpiece is placed on the ceramic plate.
Sinter hardening method.
When this configuration is adopted, when the cooling gas is blown onto the workpiece in the quenching chamber, the cooling gas that has flowed into the central opening of the annular workpiece passes through the gas vent hole of the ceramic plate, so that the cooling gas flows between the workpiece and the ceramic plate. It becomes difficult to flow in. Therefore, the movement of the workpiece with respect to the ceramic plate and the reduction in the dimensional accuracy of the workpiece can be prevented.
(2) It is preferable that the carbon tray has a gas discharge hole that vertically penetrates the carbon tray at a position of a gas vent hole of the ceramic plate when the ceramic plate is placed on the carbon tray. If it does in this way, the cooling gas which flowed into the gas escape hole of the ceramic board from the opening part of the center of a cyclic | annular workpiece | work can be smoothly discharged | emitted through the gas discharge hole of a carbon tray.
(3) When the carbon tray is moved using a plurality of rollers arranged at intervals along the moving direction of the carbon tray, a lower end of a gas discharge hole of the carbon tray is provided below the carbon tray. It is preferable to lay a frame body that supports the carbon tray so as to be separated from the surface of the roller. In this case, the frame body under the carbon tray keeps the lower end of the gas discharge hole and the surface of the roller separated from each other, so even when the roller is directly under the gas discharge hole of the carbon tray, The discharge of the cooling gas from the gas discharge hole is not hindered by the roller, and the function of the gas discharge hole can be secured stably.
(4) It is preferable to use cordierite as the material of the ceramic plate. If it does in this way, when a cooling gas is sprayed on a workpiece | work in a quenching chamber, it can prevent that a ceramic board is damaged. In addition, it is possible to prevent a decrease in the dimensional accuracy of the workpiece due to breakage of the ceramic plate.

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかるシンターハードニング方法の具体例を、図１から図４を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 [Details of the embodiment of the present invention]
A specific example of a sintering hardening method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

図１に、本発明の実施形態にかかるシンターハードニング方法で使用する連続焼結炉を示す。この連続焼結炉は、上流側から下流側に向かって順に、脱ガス室１、予熱室２、焼結室３、徐冷室４、急冷室５、冷却室６、置換室７を有する。これらの各室１〜７には、ワークを載せたカーボントレイ８を上流側から下流側に移動させる複数のローラ９が設けられている。各ローラ９は、カーボントレイ８の移動方向に沿って間隔をおいて配置され、図示しない駆動装置で回転駆動される。 FIG. 1 shows a continuous sintering furnace used in a sintering hardening method according to an embodiment of the present invention. This continuous sintering furnace has a degassing chamber 1, a preheating chamber 2, a sintering chamber 3, a slow cooling chamber 4, a quenching chamber 5, a cooling chamber 6, and a replacement chamber 7 in order from the upstream side to the downstream side. Each of these chambers 1 to 7 is provided with a plurality of rollers 9 for moving the carbon tray 8 on which the workpiece is placed from the upstream side to the downstream side. The rollers 9 are arranged at intervals along the moving direction of the carbon tray 8 and are rotationally driven by a driving device (not shown).

脱ガス室１、予熱室２、焼結室３、徐冷室４には、それぞれヒータ１０が設けられている。急冷室５には、冷却ガスを室内に送り込むブロワ１１が接続されている。冷却室６には、室内雰囲気を冷却するクーラー１２と、室内雰囲気を循環させるファン１３とが設けられている。 A heater 10 is provided in each of the degassing chamber 1, the preheating chamber 2, the sintering chamber 3, and the slow cooling chamber 4. A blower 11 for sending cooling gas into the room is connected to the quenching room 5. The cooling chamber 6 is provided with a cooler 12 that cools the indoor atmosphere and a fan 13 that circulates the indoor atmosphere.

脱ガス室１の入口、徐冷室４の入口と出口、急冷室５の入口と出口、置換室７の入口と出口には、それぞれ扉１４〜２０が設けられている。これらの扉１４〜２０は個々に開閉駆動される。 Doors 14 to 20 are provided at the inlet of the degassing chamber 1, the inlet and outlet of the slow cooling chamber 4, the inlet and outlet of the quench chamber 5, and the inlet and outlet of the replacement chamber 7, respectively. These doors 14 to 20 are individually opened and closed.

次に、本発明の実施形態にかかるシンターハードニング方法を説明する。 Next, a sintering hardening method according to the embodiment of the present invention will be described.

図２、図３に示すように、カーボントレイ８の上に複数のセラミックス板２１を載せ、その各セラミックス板２１の上にワーク２２を載せる。この状態でカーボントレイ８はローラ９で搬送され、図１に示す脱ガス室１、予熱室２、焼結室３、徐冷室４、急冷室５、冷却室６、置換室７を順に移動する。 As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of ceramic plates 21 are placed on the carbon tray 8, and a workpiece 22 is placed on each ceramic plate 21. In this state, the carbon tray 8 is transported by a roller 9 and sequentially moves through the degassing chamber 1, the preheating chamber 2, the sintering chamber 3, the slow cooling chamber 4, the quenching chamber 5, the cooling chamber 6, and the replacement chamber 7 shown in FIG. To do.

図３に示すように、ワーク２２は、中央に開口部２３をもつ環状体であり、シンターハードニング用の合成鋼粉を粉末成形して形成されている。ワーク２２の中央の開口部２３は円形であり、ワーク２２の外周も円形である。ワーク２２の下面（セラミックス板２１との接触面）は平面とされている。このワーク２２は、例えばクラッチハブである。 As shown in FIG. 3, the workpiece 22 is an annular body having an opening 23 at the center, and is formed by powder molding synthetic steel powder for sintering hardening. The opening 23 at the center of the work 22 is circular, and the outer periphery of the work 22 is also circular. The lower surface of the workpiece 22 (contact surface with the ceramic plate 21) is a flat surface. This work 22 is, for example, a clutch hub.

図３、図４に示すように、セラミックス板２１は、円形の平板状である。セラミックス板２１は、ワーク２２をセラミックス板２１に載せたときのワーク２２の開口部２３の位置（図ではセラミックス板２１の中心）に、セラミックス板２１を上下に貫通する円形のガス抜け穴２４を有する。ガス抜け穴２４の内径は、ワーク２２の開口部２３の内径と同じかそれよりも大きい。セラミックス板２１の外径も、ワーク２２の外径と同じかそれよりも大きい。セラミックス板２１の外径はφ８０〜１３０ｍｍ、開口部２３の内径はφ３０〜４０ｍｍの範囲に設定することができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the ceramic plate 21 has a circular flat plate shape. The ceramic plate 21 has a circular gas vent hole 24 penetrating vertically through the ceramic plate 21 at the position of the opening 23 of the workpiece 22 when the workpiece 22 is placed on the ceramic plate 21 (the center of the ceramic plate 21 in the figure). . The inner diameter of the gas escape hole 24 is the same as or larger than the inner diameter of the opening 23 of the workpiece 22. The outer diameter of the ceramic plate 21 is also the same as or larger than the outer diameter of the workpiece 22. The outer diameter of the ceramic plate 21 can be set in the range of φ80 to 130 mm, and the inner diameter of the opening 23 can be set in the range of φ30 to 40 mm.

セラミックス板２１の材質はコージライトである。コージライトは、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと二酸化けい素とを主要化学成分とするセラミックスである。セラミックス板２１の熱膨張係数は、１０００℃において３．０×１０^−６／℃以下とされている。セラミックス板２１の厚さは２〜７ｍｍ、好ましくは３〜６ｍｍである。 The material of the ceramic plate 21 is cordierite. Cordierite is a ceramic whose main chemical components are magnesium oxide, aluminum oxide, and silicon dioxide. The thermal expansion coefficient of the ceramic plate 21 is 3.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less at 1000 ° C. The thickness of the ceramic plate 21 is 2 to 7 mm, preferably 3 to 6 mm.

図３に示すように、カーボントレイ８は、方形の平板状に形成されている。カーボントレイ８の上には、複数のセラミックス板２１が、各セラミックス板２１の中心が正三角形の頂点に位置するように配置（いわゆる千鳥配置）される。このような配置とすることにより、１枚のカーボントレイ８に載せるセラミックス板２１の枚数を最大限に確保することが可能となる。 As shown in FIG. 3, the carbon tray 8 is formed in a rectangular flat plate shape. On the carbon tray 8, a plurality of ceramic plates 21 are arranged (so-called staggered arrangement) so that the center of each ceramic plate 21 is located at the apex of an equilateral triangle. With such an arrangement, it is possible to secure the maximum number of ceramic plates 21 to be placed on one carbon tray 8.

図４に示すように、カーボントレイ８の上面には、各セラミックス板２１を収容してセラミックス板２１の位置を水平方向に保持する凹部２５が形成されている。凹部２５は、セラミックス板２１の外周に対応する形状を有し、凹部２５の平らな内底面でセラミックス板２１の下面を支持するとともに、凹部２５の周縁でセラミックス板２１の外周を位置決めする。凹部２５の深さは、セラミックス板２１の厚さよりも小さく、１〜３ｍｍ程度である。 As shown in FIG. 4, a recess 25 is formed on the upper surface of the carbon tray 8 to accommodate each ceramic plate 21 and hold the position of the ceramic plate 21 in the horizontal direction. The recess 25 has a shape corresponding to the outer periphery of the ceramic plate 21, supports the lower surface of the ceramic plate 21 with the flat inner bottom surface of the recess 25, and positions the outer periphery of the ceramic plate 21 with the periphery of the recess 25. The depth of the recess 25 is smaller than the thickness of the ceramic plate 21 and is about 1 to 3 mm.

カーボントレイ８は、セラミックス板２１をカーボントレイ８に載せたときのセラミックス板２１のガス抜け穴２４の位置（図では凹部２５の中央）に、カーボントレイ８を上下に貫通する円形のガス排出穴２６を有する。ガス排出穴２６の内径は、セラミックス板２１のガス抜け穴２４の内径と同じかそれよりも大きくなっている。カーボントレイ８の材質は、焼結室３での高温に耐えるようにカーボンが採用されている。このようなカーボントレイ８として、例えば、炭素繊維強化／炭素複合材（いわゆるＣ／Ｃコンポジット、すなわち炭素繊維と炭素マトリックスからなる複合材料）で形成したものを採用することができる。ワーク２２とカーボントレイ８の間にセラミックス板２１を介在させる理由は、高温のワーク２２がカーボントレイ８の炭素と反応するのを防止するためである。 The carbon tray 8 has a circular gas discharge hole 26 that vertically penetrates the carbon tray 8 at the position of the gas release hole 24 (the center of the recess 25 in the figure) of the ceramic plate 21 when the ceramic plate 21 is placed on the carbon tray 8. Have The inner diameter of the gas discharge hole 26 is the same as or larger than the inner diameter of the gas discharge hole 24 of the ceramic plate 21. Carbon is used as the material of the carbon tray 8 so as to withstand the high temperature in the sintering chamber 3. As such a carbon tray 8, for example, a carbon fiber reinforced / carbon composite material (so-called C / C composite, that is, a composite material composed of carbon fiber and a carbon matrix) can be adopted. The reason why the ceramic plate 21 is interposed between the workpiece 22 and the carbon tray 8 is to prevent the high-temperature workpiece 22 from reacting with the carbon of the carbon tray 8.

カーボントレイ８の下には、カーボントレイ８のガス排出穴２６の下端とローラ９の表面とが離間するようにカーボントレイ８を支持する枠体２７が敷かれている。図２、図３に示すように、枠体２７は、カーボントレイ８の下面をガス排出穴２６の位置を避けて支持する格子状である。格子状とすることにより、ワーク２２とセラミックス板２１の重さでカーボントレイ８がたわむのを防止すると同時に、ガス排出穴２６がローラ９で塞がれないようにするための空間をカーボントレイ８の下側に形成している。枠体２７は、カーボントレイ８と同様、焼結室３の高温に耐えるようにカーボンで形成されている。図では、１枚のカーボントレイ８を１つの枠体２７に載せた例を示しているが、複数枚のカーボントレイ８を１つの枠体２７に載せてもよい。 Under the carbon tray 8, a frame body 27 that supports the carbon tray 8 is laid so that the lower end of the gas discharge hole 26 of the carbon tray 8 and the surface of the roller 9 are separated from each other. As shown in FIGS. 2 and 3, the frame 27 has a lattice shape that supports the lower surface of the carbon tray 8 while avoiding the positions of the gas discharge holes 26. By forming the lattice shape, the carbon tray 8 is prevented from being bent by the weight of the workpiece 22 and the ceramic plate 21, and at the same time, a space for preventing the gas discharge hole 26 from being blocked by the roller 9 is provided. Form on the underside. Similar to the carbon tray 8, the frame 27 is made of carbon so as to withstand the high temperature of the sintering chamber 3. In the figure, an example in which one carbon tray 8 is placed on one frame 27 is shown, but a plurality of carbon trays 8 may be placed on one frame 27.

次に、連続焼結炉の各工程を説明する。まず、上述のように、カーボントレイ８にセラミックス板２１を載せ、更にその各セラミックス板２１にワーク２２を載せた状態で、カーボントレイ８を、図１に示す連続焼結炉の上流端の脱ガス室１に送り込む。 Next, each process of the continuous sintering furnace will be described. First, as described above, with the ceramic plate 21 placed on the carbon tray 8 and the workpiece 22 placed on each ceramic plate 21, the carbon tray 8 is removed from the upstream end of the continuous sintering furnace shown in FIG. Feed into gas chamber 1.

図１に示す脱ガス室１にカーボントレイ８が入ると、カーボントレイ８上のワーク２２は５００〜７００℃程度の温度になるまで加熱される。このとき、ワーク２２に存在するワックス成分等が燃焼し、ワーク２２から燃焼ガスが生じる。ワーク２２から生じた燃焼ガスは、排ガス燃焼炉３０で処理される。 When the carbon tray 8 enters the degassing chamber 1 shown in FIG. 1, the workpiece 22 on the carbon tray 8 is heated to a temperature of about 500 to 700 ° C. At this time, the wax component or the like existing in the work 22 is burned, and combustion gas is generated from the work 22. The combustion gas generated from the workpiece 22 is processed in the exhaust gas combustion furnace 30.

次に、カーボントレイ８は、脱ガス室１から予熱室２に移動する。予熱室２では、ワーク２２が焼結温度よりも低い８００〜１０００℃程度の温度に加熱される。 Next, the carbon tray 8 moves from the degassing chamber 1 to the preheating chamber 2. In the preheating chamber 2, the workpiece 22 is heated to a temperature of about 800 to 1000 ° C., which is lower than the sintering temperature.

その後、カーボントレイ８は、予熱室２から焼結室３に移動する。焼結室３では、ワーク２２が１１００〜１３００℃程度の焼結温度になるまで加熱され、所定時間（例えば１５〜３０分程度）、その温度を保持する。これにより、ワーク２２を構成する合成鋼粉が焼結して一体化する。 Thereafter, the carbon tray 8 moves from the preheating chamber 2 to the sintering chamber 3. In the sintering chamber 3, the workpiece 22 is heated to a sintering temperature of about 1100 to 1300 ° C., and the temperature is maintained for a predetermined time (for example, about 15 to 30 minutes). Thereby, the synthetic steel powder which comprises the workpiece | work 22 sinters and integrates.

ワーク２２の焼結が完了すると、徐冷室４の入口の扉が開かれ、焼結室３から徐冷室４にカーボントレイ８が移動する。徐冷室４では、ワーク２２が、焼結温度から所定の焼入温度（例えば８７０℃程度）にまで冷却される。この焼入温度は、Ａ_３変態点以上、９００℃以下に設定される。焼入温度をＡ_３変態点以上に設定することにより、その後の急冷でワーク２２を効果的に焼入れすることが可能となり、９００℃以下に設定することで、急冷時のワーク２２の歪み等の品質低下を抑えることができる。Ａ_３変態点は、ワーク２２を構成する合成鋼粉の炭素含有量等により決まる温度である。 When the sintering of the workpiece 22 is completed, the entrance door of the slow cooling chamber 4 is opened, and the carbon tray 8 moves from the sintering chamber 3 to the slow cooling chamber 4. In the slow cooling chamber 4, the workpiece 22 is cooled from the sintering temperature to a predetermined quenching temperature (for example, about 870 ° C.). The quenching temperature is, A ₃ transformation point or higher, is set to 900 ° C. or less. By setting the quenching temperature above A ₃ transformation point, effectively becomes possible to quench the workpiece 22 in the subsequent rapid cooling, by setting the 900 ° C. or less, such as distortion of the workpiece 22 during quenching Quality deterioration can be suppressed. A ₃ transformation point is the temperature determined by the carbon content of synthesis steel powder which constitutes the workpiece 22.

その後、徐冷室４の出口の扉１６と急冷室５の入口の扉１７とが順に開かれ、徐冷室４から急冷室５にカーボントレイ８が移動する。カーボントレイ８が急冷室５に入ると、図２に示すように、急冷室５の入口の扉１７と出口の扉１８をいずれも閉じた状態で、ワーク２２の上方の吹出口２８からワーク２２に向かって冷却ガスが吹き付けられる。冷却ガスは、不活性ガス（例えば窒素を主成分とするガス）である。この冷却ガスの吹き付けによって、ワーク２２はＡ_３変態点以上の温度から２００〜３００℃程度の温度まで急冷され、この急冷によりワーク２２は焼入れされる。 Thereafter, the exit door 16 of the slow cooling chamber 4 and the entrance door 17 of the quenching chamber 5 are sequentially opened, and the carbon tray 8 moves from the slow cooling chamber 4 to the quenching chamber 5. When the carbon tray 8 enters the quenching chamber 5, as shown in FIG. 2, the work 22 from the air outlet 28 above the work 22 is closed with both the entrance door 17 and the exit door 18 of the quenching chamber 5 closed. Cooling gas is blown toward The cooling gas is an inert gas (for example, a gas containing nitrogen as a main component). By blowing of the cooling gas, the workpiece 22 is rapidly cooled to a temperature of about 200 to 300 [° C. from a temperature above A ₃ transformation point, the workpiece 22 by the quenching is hardened.

急冷時のワーク２２の冷却速度は、０．８℃／秒以上、好ましくは２℃／秒以上、より好ましくは３℃／秒以上である。これによりワーク２２の硬度を効果的に高めることができる。それ以上ワーク２２の冷却速度を大きくしても、ワーク２２の硬度は飽和するため、冷却速度は４℃／秒以下でよい。ここで、ワーク２２の冷却速度は、ワーク２２が８００℃から４００℃まで冷却するときの速度である。 The cooling rate of the workpiece 22 during the rapid cooling is 0.8 ° C./second or more, preferably 2 ° C./second or more, more preferably 3 ° C./second or more. Thereby, the hardness of the workpiece | work 22 can be raised effectively. Even if the cooling rate of the workpiece 22 is increased further, the hardness of the workpiece 22 is saturated, so the cooling rate may be 4 ° C./second or less. Here, the cooling rate of the workpiece 22 is a rate at which the workpiece 22 is cooled from 800 ° C. to 400 ° C.

急冷室５でワーク２２を急冷した後、急冷室５の出口の扉１８が開かれ、カーボントレイ８は、急冷室５から冷却室６に移動する。冷却室６では、ワーク２２が酸化しない温度（２００℃以下、好ましくは１５０℃以下）までワーク２２が冷却される。 After the workpiece 22 is rapidly cooled in the quenching chamber 5, the door 18 at the exit of the quenching chamber 5 is opened, and the carbon tray 8 moves from the quenching chamber 5 to the cooling chamber 6. In the cooling chamber 6, the workpiece 22 is cooled to a temperature at which the workpiece 22 is not oxidized (200 ° C. or less, preferably 150 ° C. or less).

その後、置換室７の入口の扉１９が開かれ、カーボントレイ８は、冷却室６から置換室７に移動する。カーボントレイ８が置換室７に入ると、置換室７の入口の扉１９が閉じ、その後、置換室７の出口の扉２０が開き、カーボントレイ８が置換室７から送り出される。カーボントレイ８が置換室７から出ると、置換室７の出口の扉２０が閉じ、置換室７の室内雰囲気が不活性ガスに置換され、次のカーボントレイ８が送り込まれるまで待機状態となる。 Thereafter, the door 19 at the entrance of the replacement chamber 7 is opened, and the carbon tray 8 moves from the cooling chamber 6 to the replacement chamber 7. When the carbon tray 8 enters the replacement chamber 7, the door 19 at the entrance of the replacement chamber 7 is closed, and then the door 20 at the exit of the replacement chamber 7 is opened, and the carbon tray 8 is sent out from the replacement chamber 7. When the carbon tray 8 exits the replacement chamber 7, the door 20 at the outlet of the replacement chamber 7 is closed, the atmosphere in the replacement chamber 7 is replaced with an inert gas, and a standby state is entered until the next carbon tray 8 is fed.

ところで、図２に示すように、急冷室５で冷却ガスをワーク２２に吹き付けるとき、上述の冷却速度を確保するためには、冷却ガスの風速を高くする必要がある。例えば、３〜４℃／秒の冷却速度を得るために、２０〜３０ｍ／秒程度の風速が必要となる。そのため、高い風速で冷却ガスを吹き付けたときに、環状ワーク２２の中央の開口部２３に流れ込んだ冷却ガスが、ワーク２２とセラミックス板２１の間に流入し、ワーク２２が移動する可能性がある。ワーク２２の急冷中にワーク２２がセラミックス板２１に対して移動した場合、冷却むらが生じる等により、ワーク２２の寸法精度（特に平面度）が低下するおそれがある。 By the way, as shown in FIG. 2, when the cooling gas is blown onto the workpiece 22 in the quenching chamber 5, it is necessary to increase the wind speed of the cooling gas in order to ensure the above-described cooling rate. For example, in order to obtain a cooling rate of 3 to 4 ° C./second, a wind speed of about 20 to 30 m / second is required. Therefore, when the cooling gas is blown at a high wind speed, the cooling gas that has flowed into the central opening 23 of the annular workpiece 22 may flow between the workpiece 22 and the ceramic plate 21 and the workpiece 22 may move. . If the workpiece 22 moves relative to the ceramic plate 21 during the rapid cooling of the workpiece 22, the dimensional accuracy (particularly flatness) of the workpiece 22 may be reduced due to uneven cooling.

そこで、この実施形態では、急冷室５で冷却ガスをワーク２２に吹き付けたときに、ワーク２２の移動とワーク２２の寸法精度の低下とを防止するため、ワーク２２をセラミックス板２１に載せたときのワーク２２の開口部２３の位置に、セラミックス板２１を上下に貫通するガス抜け穴２４を設けている。これにより、図４に示すように、環状ワーク２２の中央の開口部２３に流れ込んだ冷却ガスが、セラミックス板２１のガス抜け穴２４に抜けるので、ワーク２２とセラミックス板２１の間に冷却ガスが流入しにくくなる。そのため、セラミックス板２１に対するワーク２２の移動と、ワーク２２の寸法精度の低下とを防止することができる。 Therefore, in this embodiment, when the cooling gas is blown onto the workpiece 22 in the quenching chamber 5, the workpiece 22 is placed on the ceramic plate 21 in order to prevent the movement of the workpiece 22 and the reduction in the dimensional accuracy of the workpiece 22. A gas vent hole 24 penetrating the ceramic plate 21 in the vertical direction is provided at the position of the opening 23 of the workpiece 22. As a result, as shown in FIG. 4, the cooling gas that has flowed into the central opening 23 of the annular workpiece 22 passes through the gas release hole 24 of the ceramic plate 21, so that the cooling gas flows between the workpiece 22 and the ceramic plate 21. It becomes difficult to do. Therefore, the movement of the workpiece 22 relative to the ceramic plate 21 and the reduction in the dimensional accuracy of the workpiece 22 can be prevented.

また、このとき、セラミックス板２１をカーボントレイ８に載せたときのセラミックス板２１のガス抜け穴２４の位置に、カーボントレイ８を上下に貫通するガス排出穴２６を設けているので、環状ワーク２２の中央の開口部２３からセラミックス板２１のガス抜け穴２４に流入した冷却ガスは、カーボントレイ８のガス排出穴２６を通って円滑に排出される。 At this time, since the gas discharge hole 26 penetrating the carbon tray 8 up and down is provided at the position of the gas release hole 24 of the ceramic plate 21 when the ceramic plate 21 is placed on the carbon tray 8, The cooling gas that has flowed into the gas vent hole 24 of the ceramic plate 21 from the central opening 23 is smoothly discharged through the gas discharge hole 26 of the carbon tray 8.

また、カーボントレイ８が急冷室５内のローラ９で搬送され、冷却ガスの吹き付けを行なう位置で停止したときに、カーボントレイ８のガス排出穴２６の真下にローラ９がくる可能性がある。このとき、もしカーボントレイ８の下面がローラ９で接触支持されているとすれば、ガス排出穴２６からの冷却ガスの排出がローラ９で阻害されるおそれがある。 Further, when the carbon tray 8 is conveyed by the roller 9 in the quenching chamber 5 and stops at a position where the cooling gas is sprayed, the roller 9 may come directly under the gas discharge hole 26 of the carbon tray 8. At this time, if the lower surface of the carbon tray 8 is contacted and supported by the roller 9, the discharge of the cooling gas from the gas discharge hole 26 may be hindered by the roller 9.

そこで、この実施形態では、カーボントレイ８の下に、カーボントレイ８のガス排出穴２６の下端とローラ９の表面とが離間するようにカーボントレイ８を支持する枠体２７を敷くようにしている。これにより、ガス排出穴２６の下端とローラ９の表面とが離間した状態に保たれるので、カーボントレイ８のガス排出穴２６の真下にローラ９があるときにも、ガス排出穴２６からの冷却ガスの排出がローラ９で阻害されず、安定してガス排出穴２６の機能を確保することができる。 Therefore, in this embodiment, a frame 27 that supports the carbon tray 8 is laid under the carbon tray 8 so that the lower end of the gas discharge hole 26 of the carbon tray 8 and the surface of the roller 9 are separated from each other. . As a result, the lower end of the gas discharge hole 26 and the surface of the roller 9 are kept separated from each other. Therefore, even when the roller 9 is directly under the gas discharge hole 26 of the carbon tray 8, the The discharge of the cooling gas is not hindered by the roller 9, and the function of the gas discharge hole 26 can be secured stably.

また、この実施形態では、セラミックス板２１の材質としてコージライトを採用しているため、急冷室５でワーク２２に冷却ガスを吹き付けたときに、セラミックス板２１が破損するのを防止することができ、その結果、セラミックス板２１の破損によるワーク２２の寸法精度の低下を防止することが可能となっている。急冷時にセラミックス板２１が破損しない理由は、セラミックス板２１の熱膨張係数が比較的小さく、その結果、急冷時の熱収縮が小さく抑えられることや、セラミックス板２１の形状が割れにくい形状であること等が考えられる。 Further, in this embodiment, cordierite is adopted as the material of the ceramic plate 21, so that it is possible to prevent the ceramic plate 21 from being damaged when the cooling gas is blown to the work 22 in the quenching chamber 5. As a result, it is possible to prevent a decrease in the dimensional accuracy of the workpiece 22 due to breakage of the ceramic plate 21. The reason why the ceramic plate 21 is not damaged during the rapid cooling is that the thermal expansion coefficient of the ceramic plate 21 is relatively small, and as a result, the thermal contraction during the rapid cooling can be kept small, and the shape of the ceramic plate 21 is difficult to break. Etc. are considered.

本発明の実施形態のシンターハードニング方法の効果を確認するため、ワークを載せるセラミックス板として、Ｎｏ．１からＮｏ．４までの４種類のものを使用し、シンターハードニングの試験を行なった。その試験条件と試験結果をそれぞれ表１、表２に示す。

In order to confirm the effect of the sinter hardening method of the embodiment of the present invention, as a ceramic plate on which a workpiece is placed, 1 to No. Four types up to 4 were used, and a sinter hardening test was conducted. The test conditions and test results are shown in Table 1 and Table 2, respectively.

この試験結果によれば、ガス抜け穴をもたないセラミックス板を使用したＮｏ．３では、急冷時にワークが移動するのに対し、ガス抜け穴を有するセラミックス板を使用したＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４では、急冷時にワークが移動しないことを確認することができる。 According to this test result, No. 1 using a ceramic plate having no gas escape holes. In No. 3, while the workpiece moves during rapid cooling, No. 3 using a ceramic plate having a gas vent hole is used. 1, no. 2, no. 4, it can be confirmed that the workpiece does not move during rapid cooling.

また、急冷時にワークが移動したＮｏ．３では、ワークの下面の平面度が０．０６２ｍｍであるのに対し、急冷時にワークが移動しないＮｏ．４では、ワークの下面の平面度が０．０４１ｍｍに改善していることを確認することができる。 In addition, no. In No. 3, the flatness of the lower surface of the workpiece is 0.062 mm, whereas the workpiece does not move during rapid cooling. In No. 4, it can be confirmed that the flatness of the lower surface of the workpiece is improved to 0.041 mm.

また、セラミックス板の材質としてアルミナを採用したＮｏ．１、Ｎｏ．２では、急冷時にセラミックス板が破損するのに対し、セラミックス板の材質としてコージライトを採用したＮｏ．３、Ｎｏ．４では、急冷時にセラミックス板が全く破損しないことを確認することができる。 In addition, No. which adopted alumina as the material of the ceramic plate. 1, no. In No. 2, the ceramic plate breaks during rapid cooling, whereas No. 2 uses cordierite as the material of the ceramic plate. 3, no. In 4, it can be confirmed that the ceramic plate is not damaged at all during rapid cooling.

１脱ガス室
２予熱室
３焼結室
４徐冷室
５急冷室
６冷却室
７置換室
８カーボントレイ
９ローラ
１０ヒータ
１１ブロワ
１２クーラー
１３ファン
１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０扉
２１セラミックス板
２２ワーク
２３開口部
２４ガス抜け穴
２５凹部
２６ガス排出穴
２７枠体
２８吹出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Degassing chamber 2 Preheating chamber 3 Sintering chamber 4 Slow cooling chamber 5 Rapid cooling chamber 6 Cooling chamber 7 Replacement chamber 8 Carbon tray 9 Roller 10 Heater 11 Blower 12 Cooler 13 Fans 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 Door 21 Ceramic plate 22 Workpiece 23 Opening 24 Gas vent hole 25 Recess 26 Gas exhaust hole 27 Frame 28 Air outlet

Claims

カーボントレイに複数のセラミックス板を載せ、更にその各セラミックス板に粉末成形されたワークを載せた状態で、前記カーボントレイを、前記ワークを焼結温度に加熱する焼結室と、前記焼結温度からの冷却過程で前記ワークに冷却ガスを吹き付けて焼入れする急冷室とに順に移動させるシンターハードニング方法であって、
前記ワークは、中央に開口部をもつ環状体であり、
前記セラミックス板は、前記ワークを前記セラミックス板に載せたときのワークの開口部の位置に、前記セラミックス板を上下に貫通するガス抜け穴を有する、
シンターハードニング方法。 In a state where a plurality of ceramic plates are placed on a carbon tray and further a powder molded workpiece is placed on each ceramic plate, the carbon tray is heated to a sintering temperature, and the sintering temperature is heated. A sintering hardening method for sequentially moving to a quenching chamber for quenching by blowing a cooling gas to the workpiece in the cooling process from
The workpiece is an annular body having an opening in the center,
The ceramic plate has a gas vent hole that vertically penetrates the ceramic plate at the position of the opening of the workpiece when the workpiece is placed on the ceramic plate.
Sinter hardening method.

前記カーボントレイは、前記セラミックス板を前記カーボントレイに載せたときの前記セラミックス板のガス抜け穴の位置に、前記カーボントレイを上下に貫通するガス排出穴を有する請求項１に記載のシンターハードニング方法。 2. The sintering hardening method according to claim 1, wherein the carbon tray has a gas discharge hole that vertically penetrates the carbon tray at a position of a gas release hole of the ceramic plate when the ceramic plate is placed on the carbon tray. .

前記カーボントレイの移動方向に沿って間隔をおいて配置された複数のローラを用いて前記カーボントレイを移動させ、
前記カーボントレイの下には、前記カーボントレイのガス排出穴の下端と前記ローラの表面とが離間するように前記カーボントレイを支持する枠体が敷かれている請求項２に記載のシンターハードニング方法。 The carbon tray is moved using a plurality of rollers arranged at intervals along the moving direction of the carbon tray,
The sinter hardening according to claim 2 , wherein a frame for supporting the carbon tray is laid under the carbon tray so that a lower end of a gas discharge hole of the carbon tray and a surface of the roller are separated from each other. Method.

前記セラミックス板の材質が、コージライトである請求項１から３のいずれか一項に記載のシンターハードニング方法。 The sinter hardening method according to any one of claims 1 to 3, wherein a material of the ceramic plate is cordierite.