JP6533146B2

JP6533146B2 - Hardening method and hardening device

Info

Publication number: JP6533146B2
Application number: JP2015216125A
Authority: JP
Inventors: 慎二鈴木; 剛加塩; 真城加賀
Original assignee: Takasago Industry Co Ltd
Current assignee: Takasago Industry Co Ltd
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: JP2017088910A

Description

本発明は、例えば歯車やボルトやシャフトなど、鋼製のワークの焼入れ方法および焼入れ装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for quenching a steel work such as a gear, a bolt and a shaft.

例えば、特許文献１には、冷媒として焼入れ油を用いた焼入れ方法が開示されている。焼入れにおいては、臨界区域を速く冷却することにより、不完全焼入れを抑制し、ワークの硬質化、強度向上を図る必要がある。また、Ｍｓ点（マルテンサイト変態開始温度）に到達するまでに、ワーク内の温度のばらつきを小さくし、ワークの均熱性を確保する必要がある。また、Ｍｓ点からＭｆ点（マルテンサイト変態終了温度）までの危険区域を均熱性を確保しながら徐冷することにより、焼入れ歪みの発生を抑制する必要がある。 For example, Patent Document 1 discloses a quenching method using quenching oil as a refrigerant. In quenching, it is necessary to suppress incomplete quenching and to achieve hardening of the work and improvement of strength by rapidly cooling the critical area. In addition, until reaching the Ms point (martensitic transformation start temperature), it is necessary to reduce the variation of the temperature in the work to secure the uniformity of the work. Moreover, it is necessary to suppress generation | occurrence | production of hardening distortion by slow-cooling while ensuring uniform temperature property of the dangerous area from Ms point to Mf point (martensitic transformation end temperature).

このため、従来は、ワークの鋼種、形状、大きさなどに応じて、焼入れ油の油種を使い分けていた。また、ソルトバスを用いていた。例えば、強度向上を要するワークの場合、臨界区域を重視し、冷媒として水やコールド油を使用していた。また、焼入れ歪みの低減を要するワークの場合、危険区域を重視し、冷媒としてホット油やソルトバスを使用していた。 For this reason, conventionally, the oil type of hardening oil was used properly according to the steel type, shape, size, etc. of the work. Also, I used a salt bath. For example, in the case of a work requiring improvement in strength, emphasis was placed on the critical area, and water and cold oil were used as the refrigerant. Moreover, in the case of a work requiring reduction of hardening distortion, emphasis was placed on the danger zone, and hot oil or salt bath was used as a refrigerant.

特開２００１−６４７２２号公報JP 2001-64722 A

しかしながら、臨界区域を重視して水やコールド油を使用すると、危険区域におけるワークの均熱性が低下してしまう。一方、危険区域を重視してホット油やソルトバスを使用すると、臨界区域におけるワークの冷却速度が遅くなってしまう。このため、焼入れ不良が発生しやすくなる。 However, if water or cold oil is used with emphasis on the critical area, the heat uniformity of the work in the dangerous area is reduced. On the other hand, if hot oil or salt bath is used with emphasis on the danger area, the cooling rate of the work in the critical area will be slow. For this reason, hardening defects are likely to occur.

そこで、本発明は、不完全焼入れを抑制可能で、かつ焼入れ歪みを低減可能な焼入れ方法および焼入れ装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the hardening method and hardening apparatus which can suppress an incomplete hardening and can reduce hardening distortion.

上記課題を解決するため、本発明の焼入れ方法は、蒸気膜段階において、焼入れ油を焼入れ室に注入することにより、前記焼入れ室の空間を減圧工程に移る前の例えば３秒以内で素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧することにより、ワークの表面に蒸気膜が発生するのを抑制する加圧工程と、沸騰段階において、前記ワークの冷却速度に応じた速度で前記焼入れ室を減圧することにより、前記焼入れ油の沸騰を持続させる減圧工程と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the quenching method of the present invention rapidly reduces the space of the quenching chamber within, for example, 3 seconds before moving to the pressure reducing step by injecting quenching oil into the quenching chamber at the steam film stage. And depressurizing the hardening chamber at a speed corresponding to the cooling rate of the work in a pressurizing step for suppressing generation of a vapor film on the surface of the work by pressurizing the hardening chamber and in a boiling stage. And a pressure reducing step for maintaining the boiling of the hardened oil.

また、上記課題を解決するため、本発明の焼入れ装置は、ワークが配置される焼入れ室と、焼入れ油を前記焼入れ室に注入し、前記焼入れ室の空間を素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧する加圧装置と、前記加圧装置により加圧された前記焼入れ室を減圧する減圧装置と、を備えることを特徴とする。 Moreover, in order to solve the above-mentioned subject, the hardening device of the present invention injects hardening oil into the hardening room where work is arranged, and hardening oil to the hardening room, and makes the space of the hardening room small quickly, And a pressure reducing device for reducing the pressure of the hardening chamber pressurized by the pressure device.

本発明によると、加圧工程において、焼入れ油を焼入れ室に注入することにより、焼入れ室の空間（焼入れ油が貯留されていない部分）、言い換えると減圧工程において減圧される空間を、予め小さくしておくことができる。このため、減圧工程において、ワークの冷却速度に応じた速度で、焼入れ室を減圧することができる。したがって、減圧工程において、蒸気膜段階や対流段階と比較して熱伝達率が高い沸騰段階を、持続させることができる。よって、危険区域において、ワークの均熱性を確保することができる。すなわち、焼入れ歪みの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the space for the quenching chamber (the portion where the quenching oil is not stored), in other words, the space to be depressurized in the depressurizing step, is reduced in advance by injecting the quenching oil into the quenching chamber in the pressurizing step. Can be For this reason, in the pressure reduction step, the quenching chamber can be depressurized at a speed corresponding to the cooling rate of the work. Therefore, in the depressurization process, the boiling stage can be maintained with a heat transfer coefficient higher than that of the vapor film stage and the convection stage. Therefore, the heat uniformity of the work can be secured in the danger area. That is, the occurrence of hardening distortion can be suppressed.

また、本発明によると、加圧工程において、焼入れ油で焼入れ室を加圧することができる。このため、蒸気膜の発生を抑制することができる。したがって、臨界区域において、ワークの冷却速度を速くすることができる。よって、不完全焼入れを抑制することができる。また、本発明によると、ソルトバスを用いる必要がない。このため、廃棄塩や洗浄水の処理が不要になる。したがって、環境対策コストを削減することができる。 Further, according to the present invention, in the pressing step, the quenching chamber can be pressurized with the quenching oil. Therefore, the generation of the vapor film can be suppressed. Therefore, the cooling rate of the workpiece can be increased in the critical area. Thus, incomplete quenching can be suppressed. Also, according to the present invention, it is not necessary to use a salt bath. For this reason, the treatment of waste salt and washing water becomes unnecessary. Therefore, environmental protection costs can be reduced.

第一実施形態の焼入れ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the hardening apparatus of 1st embodiment. 第一実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature change of the workpiece | work of the hardening method of 1st embodiment. 第二実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature change of the workpiece | work of the hardening method of 2nd embodiment. 第三実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature change of the workpiece | work of the hardening method of 3rd embodiment. 第四実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature change of the workpiece | work of the hardening method of 4th embodiment. 第五実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature change of the workpiece | work of the hardening method of 5th embodiment.

以下、本発明の焼入れ方法および焼入れ装置の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the quenching method and the quenching apparatus of the present invention will be described.

＜第一実施形態＞
［焼入れ装置］
まず、本実施形態の焼入れ装置の実施の形態について説明する。図１に、本実施形態の焼入れ装置の模式図を示す。図１に示すように、本実施形態の焼入れ装置１は、焼入れ部２と、加圧装置３と、減圧装置４と、ワーク昇降装置５と、加熱部６と、真空ポンプ７と、を備えている。 First Embodiment
[Hardening device]
First, an embodiment of the hardening device of the present embodiment will be described. The schematic diagram of the hardening apparatus of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the hardening device 1 of the present embodiment includes a hardening portion 2, a pressure device 3, a pressure reducing device 4, a work lifting device 5, a heating portion 6 and a vacuum pump 7. ing.

焼入れ部２は、焼入れ室２０と、撹拌部２１と、筒部材２２と、ハウジング２３と、を備えている。焼入れ室２０は、ハウジング２３の内部に区画されている。焼入れ室２０は、一例として２００ｋＰａまで加圧可能である。撹拌部２１は、撹拌翼２１０と、モータ２１１と、を備えている。撹拌翼２１０は、焼入れ室２０に配置されている。モータ２１１は、撹拌翼２１０を回転駆動する。筒部材２２は、焼入れ室２０に配置されている。筒部材２２は、撹拌翼２１０と、後述する複数の噴射ノズル３１と、の間に介装されている。 The hardening portion 2 includes a hardening chamber 20, a stirring portion 21, a cylindrical member 22, and a housing 23. The quenching chamber 20 is partitioned inside the housing 23. The quenching chamber 20 can be pressurized to, for example, 200 kPa. The stirring unit 21 includes a stirring blade 210 and a motor 211. The stirring blade 210 is disposed in the quenching chamber 20. The motor 211 rotationally drives the stirring blade 210. The cylindrical member 22 is disposed in the quenching chamber 20. The cylindrical member 22 is interposed between the stirring blade 210 and a plurality of injection nozzles 31 described later.

加圧装置３は、蓄圧タンク３０と、複数の噴射ノズル３１と、を備えている。蓄圧タンク３０の内部には、加圧室３００が区画されている。複数の噴射ノズル３１は、焼入れ室２０に配置されている。複数の噴射ノズル３１は、後述する昇降部５０の下側に配置されている。複数の噴射ノズル３１は、各々、上向きに焼入れ油Ａを噴射可能である。 The pressure device 3 includes a pressure accumulation tank 30 and a plurality of injection nozzles 31. A pressure chamber 300 is partitioned inside the pressure accumulation tank 30. The plurality of injection nozzles 31 are disposed in the quenching chamber 20. The plurality of injection nozzles 31 are disposed below the elevation unit 50 described later. Each of the plurality of injection nozzles 31 can inject the hardening oil A upward.

減圧装置４は、複数の真空タンク４０Ａ〜４０Ｄを備えている。真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの内部には、各々、減圧室４００が区画されている。減圧室４００には、ミストトラップ４０１が配置されている。 The decompression device 4 includes a plurality of vacuum tanks 40A to 40D. Decompression chambers 400 are respectively partitioned inside the vacuum tanks 40A to 40D. A mist trap 401 is disposed in the decompression chamber 400.

ワーク昇降装置５は、昇降部５０と、カウンタバランスウエイト５１と、スプロケット５２と、サーボモータ５３と、を備えている。昇降部５０には、ワークＷ（本実施形態においては、バスケットに収容された複数の歯車）を配置可能である。カウンタバランスウエイト５１は、チェーンを介して、昇降部５０に連結されている。スプロケット５２には、当該チェーンが巻装されている。スプロケット５２は、ベルトを介して、サーボモータ５３の回転軸に連結されている。サーボモータ５３の駆動力は、ベルト、スプロケット５２、チェーンを介して、昇降部５０に伝達される。当該駆動力により、昇降部５０は、上下方向に揺動可能である。 The work lifting apparatus 5 includes a lifting unit 50, a counterbalance weight 51, a sprocket 52, and a servomotor 53. A work W (in the present embodiment, a plurality of gear wheels accommodated in a basket) can be arranged in the elevation unit 50. The counterbalance weight 51 is connected to the elevating unit 50 via a chain. The chain is wound around the sprocket 52. The sprocket 52 is connected to the rotation shaft of the servomotor 53 via a belt. The driving force of the servomotor 53 is transmitted to the elevating unit 50 through the belt, the sprocket 52, and the chain. The elevating unit 50 can swing up and down by the driving force.

加熱部６は、加熱室６０と、ハウジング６１と、を備えている。加熱室６０は、断熱材付きのハウジング６１の内部に区画されている。加熱室６０は、扉を介して、焼入れ室２０に並設されている。 The heating unit 6 includes a heating chamber 60 and a housing 61. The heating chamber 60 is partitioned inside a housing 61 with a heat insulating material. The heating chamber 60 is juxtaposed with the quenching chamber 20 via a door.

［焼入れ方法］
次に、本実施形態の焼入れ方法について説明する。以下の説明において用いられる数値（温度、圧力、時間など）は、各パラメータの一例であり、本発明を何等限定するものではない。 [Hardening method]
Next, the hardening method of the present embodiment will be described. Numerical values (temperature, pressure, time, etc.) used in the following description are examples of each parameter, and the present invention is not limited at all.

本実施形態の焼入れ方法は、浸炭工程と、加圧工程と、減圧工程と、を有している。図２に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２には、ＴＴＴ（ＴｉｍｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）曲線、ＣＣＴ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣｏｏｌｉｎｇＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）曲線を併せて示す。また、比較例として、従来の焼入れ方法（図１に示す焼入れ室２０の焼入れ油Ａ（液面は下側レベルＤ２）にワークＷを浸漬し、圧力をほとんど変えないで、油撹拌で冷却速度を調節する方法、または、真空ポンプ７により、直接、焼入れ室２０を減圧する方法）による、ワークＷの温度変化を点線で示す。 The hardening method of the present embodiment has a carburizing step, a pressurizing step, and a depressurizing step. The temperature change of the workpiece | work of the hardening method of this embodiment is shown in FIG. In FIG. 2, a TTT (Time Temperature Transformation) curve and a CCT (Continuous Cooling Transformation) curve are shown together. Further, as a comparative example, the workpiece W is immersed in the conventional quenching method (quenched oil A (liquid level is lower level D2 in the quenching chamber 20 shown in FIG. 1) and the pressure is hardly changed, and the cooling speed by oil agitation The temperature change of the workpiece W by the method of adjusting the pressure or the method of directly depressurizing the quenching chamber 20 by the vacuum pump 7 is shown by a dotted line.

（浸炭工程）
本工程においては、ワークＷに所定の真空浸炭、拡散処理が施される。まず、ワークＷは、加熱室６０で加熱される。次に、一定温度のまま、ワークＷに浸炭処理が施される。続いて、一定温度のまま、ワークＷは所定時間保持される。この際、炭素は、ワークＷの表面から内部に拡散する。本工程完了後、ワークＷは、加熱室６０から焼入れ室２０に搬入される。加熱室６０と焼入れ室２０とは、扉により遮断される。 (Carburizing process)
In this process, the workpiece W is subjected to predetermined vacuum carburization and diffusion processing. First, the work W is heated in the heating chamber 60. Next, the workpiece W is carburized at a constant temperature. Subsequently, the work W is held for a predetermined time at a constant temperature. At this time, carbon diffuses from the surface of the workpiece W to the inside. After the completion of this process, the workpiece W is carried from the heating chamber 60 into the quenching chamber 20. The heating chamber 60 and the quenching chamber 20 are shut off by a door.

（加圧工程）
本工程は、臨界区域Ｅにおける蒸気膜段階に対応して実行される。本工程においては、焼入れ油Ａを焼入れ室２０に注入することにより、焼入れ室２０の空間Ｂを素早く小さくすると共に、焼入れ室２０を加圧する。本工程は、ワークＷの歯先ａおよび歯元ｂの温度が、蒸気膜段階から沸騰段階に移行する６５０℃になるまで実行される。 (Pressure process)
This process is performed corresponding to the vapor film stage in the critical area E. In this process, the quenching oil A is injected into the quenching chamber 20, thereby rapidly reducing the space B of the quenching chamber 20 and pressurizing the quenching chamber 20. This process is performed until the temperature of the tooth top a and the tooth base b of the workpiece W reaches 650 ° C. at which the vapor film phase shifts to the boiling phase.

本工程開始時の焼入れ装置１の状態について説明する。ワークＷの温度は、８５０℃である。焼入れ室２０の圧力は、大気圧（１０１．３２５ｋＰａ。本明細書では１００ｋＰａと表記する。）である。ワークＷは、昇降部５０に載置されている。焼入れ室２０には、焼入れ油Ａが貯留されている。焼入れ油Ａの液面は、下側レベルＤ２である。加圧室３００には、焼入れ油Ａが貯留されている。加圧室３００は、バルブＶ１を介して導入される窒素ガスにより、大気圧よりも高圧（焼入れ室２０よりも高圧）に、蓄圧されている。全ての真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの減圧室４００は、バルブＶ６Ａ〜Ｖ６Ｄを介して、真空ポンプ７により、大気圧よりも低圧（焼入れ室２０よりも低圧）に、減圧されている。焼入れ油Ａは、撹拌翼２１０により撹拌されている。 The state of the hardening device 1 at the start of this process will be described. The temperature of the work W is 850.degree. The pressure of the quenching chamber 20 is atmospheric pressure (101.325 kPa, which is herein referred to as 100 kPa). The workpiece W is placed on the elevating unit 50. The quenching oil A is stored in the quenching chamber 20. The liquid level of the hardening oil A is the lower level D2. In the pressure chamber 300, hardening oil A is stored. The pressurizing chamber 300 is pressure-accumulated to a pressure higher than atmospheric pressure (higher than the quenching chamber 20) by nitrogen gas introduced through the valve V1. The decompression chambers 400 of all the vacuum tanks 40A to 40D are decompressed to a pressure lower than atmospheric pressure (a pressure lower than the quenching chamber 20) by the vacuum pump 7 through the valves V6A to V6D. The hardening oil A is stirred by the stirring blade 210.

本工程においては、まず、焼入れ室２０の焼入れ油Ａに、ワークＷを浸漬する。ワークＷの浸漬開始と同時に、バルブＶ１、Ｖ４Ａ〜Ｖ４Ｄ、Ｖ５Ａ〜Ｖ５Ｄ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄが閉じた状態で、バルブＶ２を介して、加圧室３００から焼入れ室２０に、焼入れ油Ａを供給する。焼入れ油Ａは、複数の噴射ノズル３１から噴射される。加圧室３００からの焼入れ油Ａの噴射供給により、焼入れ室２０の焼入れ油Ａの液面は、下側レベルＤ２から上側レベルＤ１まで上昇する。また、液面が上昇した分だけ、焼入れ室２０の空間（焼入れ油Ａが貯留されていない部分）Ｂは、小さくなる。また、パスカルの原理に従って、焼入れ室２０の圧力は、自身よりも高圧の加圧室３００に連通することにより、所定の圧力まで上昇する。 In the present process, first, the work W is immersed in the quenching oil A of the quenching chamber 20. With the valves V1, V4A to V4D, V5A to V5D, and V6A to V6D closed simultaneously with the start of immersion of the work W, the quenching oil A is supplied from the pressure chamber 300 to the quenching chamber 20 via the valve V2. . The hardening oil A is injected from the plurality of injection nozzles 31. The injection supply of the hardening oil A from the pressure chamber 300 causes the liquid level of the hardening oil A in the hardening chamber 20 to rise from the lower level D2 to the upper level D1. In addition, the space of the hardening chamber 20 (portion where the hardening oil A is not stored) B is reduced by the amount of the liquid level rising. Further, according to Pascal's principle, the pressure in the quenching chamber 20 is increased to a predetermined pressure by communicating with the pressurizing chamber 300 having a higher pressure than itself.

また、本工程においては、サーボモータ５３を駆動し、昇降部５０つまりワークＷを、上端位置Ｃ１と下端位置Ｃ２との間で、上下方向に揺動させる。すなわち、焼入れ油Ａに浸漬された状態のワークＷを上下方向に揺動させる。 Further, in this process, the servomotor 53 is driven to swing the lifting unit 50, that is, the work W in the vertical direction between the upper end position C1 and the lower end position C2. That is, the workpiece W immersed in the hardening oil A is swung in the vertical direction.

（減圧工程）
本工程は、臨界区域Ｅにおける沸騰段階、沸騰段階通過後の対流段階に対応して実行される。また、本工程は、ワークＷの温度がＭｓ点直前になるまで、つまり危険区域Ｆ直前まで実行される。本工程においては、ワークＷの冷却速度に応じた速度で焼入れ室２０を減圧することにより、できるだけ焼入れ油Ａの沸騰を持続させる。 (Decompression process)
The present process is performed corresponding to the boiling stage in the critical area E and the convection stage after passing the boiling stage. In addition, this process is performed until the temperature of the workpiece W becomes just before the Ms point, that is, just before the danger zone F. In this process, the pressure in the quenching chamber 20 is reduced at a rate according to the cooling rate of the workpiece W to keep the quenching oil A boiling as possible.

まず、サーボモータ５３を停止し、ワークＷの揺動を停止する。次に、バルブＶ１〜Ｖ３、Ｖ４Ａ〜Ｖ４Ｄ、Ｖ５Ａ〜Ｖ５Ｄ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄのうち、バルブＶ４Ａだけを開く。バルブＶ４Ａを介して、焼入れ室２０から真空タンク４０Ａの減圧室４００に、焼入れ室２０内の窒素ガスを導入する。パスカルの原理に従って、焼入れ室２０の圧力は、自身よりも低圧の減圧室４００に連通することにより、急速に低下する。すなわち、焼入れ室２０は減圧される。ミストトラップ４０１は、窒素ガスに混じって減圧室４００に導入される焼入れ油Ａのミストを、捕集する。 First, the servomotor 53 is stopped to stop the swinging of the workpiece W. Next, among the valves V1 to V3, V4A to V4D, V5A to V5D, and V6A to V6D, only the valve V4A is opened. Nitrogen gas in the quenching chamber 20 is introduced from the quenching chamber 20 to the decompression chamber 400 of the vacuum tank 40A via the valve V4A. According to Pascal's principle, the pressure in the quenching chamber 20 is rapidly reduced by communicating with the pressure reducing chamber 400 which is lower in pressure than itself. That is, the quenching chamber 20 is depressurized. The mist trap 401 collects the mist of hardening oil A mixed with nitrogen gas and introduced into the decompression chamber 400.

以下、順次、バルブＶ４Ｂ〜Ｖ４Ｄを一つずつ開き、バルブＶ４Ｂ〜Ｖ４Ｄを介して、焼入れ室２０から真空タンク４０Ｂ〜４０Ｄの減圧室４００に、焼入れ室２０内の窒素ガスを導入する。最終的には、全真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの減圧室４００が、焼入れ室２０に連通する。 Thereafter, the valves V4B to V4D are sequentially opened one by one, and the nitrogen gas in the quenching chamber 20 is introduced from the quenching chamber 20 to the decompression chamber 400 of the vacuum tanks 40B to 40D via the valves V4B to V4D. Finally, the vacuum chambers 400 of all the vacuum tanks 40A to 40D communicate with the quenching chamber 20.

このように、本工程においては、複数の減圧室４００を、一つずつ段階的に焼入れ室２０に連通させることにより、焼入れ室２０を、ワークＷの冷却速度に比例した所定の減圧速度で、減圧する。具体的には、減圧速度を、ワークＷの表面温度に沿った、焼入れ油Ａの蒸気圧曲線よりも速くすることにより、ワークＷの表面が常に沸騰する状況を作り出す。すなわち、沸騰段階を継続させる。 As described above, in the present process, by connecting the plurality of decompression chambers 400 one by one to the quenching chamber 20, the quenching chamber 20 is set at a predetermined decompression rate proportional to the cooling rate of the workpiece W. Depressurize. Specifically, by setting the decompression speed faster than the vapor pressure curve of the hardening oil A along the surface temperature of the workpiece W, a situation is created in which the surface of the workpiece W always boils. That is, the boiling phase is continued.

その後、伝熱形態が沸騰段階から対流段階に移行したら、真空ポンプ７を用いて、焼入れ室２０を減圧する。すなわち、バルブＶ４Ｂ〜Ｖ４Ｄ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄを開き、これらのバルブ、複数の減圧室４００を介して、真空ポンプ７により、焼入れ室２０を減圧する。 After that, when the heat transfer form shifts from the boiling stage to the convection stage, the quenching chamber 20 is depressurized using the vacuum pump 7. That is, the valves V4B to V4D and V6A to V6D are opened, and the pressure in the quenching chamber 20 is reduced by the vacuum pump 7 via these valves and the plurality of pressure reducing chambers 400.

焼入れ後においては、バルブＶ５Ａ〜Ｖ５Ｄを介して、ミストトラップ４０１により捕集した焼入れ油Ａを、焼入れ室２０に戻す。また、バルブＶ２を介して焼入れ室２０と加圧室３００とを連通させ、バルブＶ３を介して真空ポンプ７と加圧室３００とを連通させ、真空ポンプ７を駆動することにより、焼入れ室２０から加圧室３００に、焼入れ油Ａを戻す。なお、焼入れ後のワークＷには、適宜、焼戻しが施される。 After hardening, the hardened oil A collected by the mist trap 401 is returned to the hardening chamber 20 through the valves V5A to V5D. Further, the quenching chamber 20 and the pressurizing chamber 300 are communicated with each other through the valve V2, the vacuum pump 7 and the pressurizing chamber 300 are communicated with each other through the valve V3, and the quenching chamber 20 is driven by driving the vacuum pump 7. And the quenching oil A is returned to the pressure chamber 300. In addition, tempering is suitably performed to the workpiece | work W after hardening.

［作用効果］
次に、本実施形態の焼入れ装置および焼入れ方法の作用効果について説明する。加圧工程は、臨界区域Ｅにおける蒸気膜段階に対応している。不完全焼入れを抑制し、ワークＷの硬質化、強度向上を図るためには、臨界区域ＥにおけるワークＷの冷却速度を速くする必要がある。しかしながら、蒸気膜段階において、焼入れ油Ａに浸漬されたワークＷの表面は、蒸気膜により覆われている。このため、ワークＷは、輻射により冷却されることになる。したがって、従来は、図２に示すように、ワークＷ（歯先ａ’および歯元ｂ’）の冷却速度が遅かった。 [Function effect]
Next, the effect of the hardening apparatus and hardening method of this embodiment is demonstrated. The pressurization process corresponds to the vapor membrane stage in the critical zone E. In order to suppress incomplete hardening and to make the work W hard and improve its strength, it is necessary to increase the cooling rate of the work W in the critical area E. However, in the vapor film stage, the surface of the workpiece W immersed in the hardening oil A is covered by the vapor film. For this reason, the work W is cooled by radiation. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 2, the cooling rate of the workpiece W (tooth tip a ′ and tooth root b ′) was slow.

この点、本実施形態によると、焼入れ室２０は、加圧室３００から噴射注入される焼入れ油Ａにより、加圧される。このため、ワークＷの表面に蒸気膜が発生するのを抑制することができる。したがって、ワークＷ（歯先ａおよび歯元ｂ）の冷却速度を速くすることができる。 In this respect, according to the present embodiment, the hardening chamber 20 is pressurized by the hardening oil A injected from the pressurizing chamber 300. Therefore, generation of a vapor film on the surface of the workpiece W can be suppressed. Therefore, the cooling rate of the workpiece W (tooth top a and tooth root b) can be increased.

また、噴射ノズル３１からの焼入れ油Ａの噴流は、ワークＷの表面に衝突する。このため、ワークＷの表面に発生した蒸気膜を破壊することができる。この点においても、ワークＷの冷却速度を速くすることができる。 Further, the jet of the hardening oil A from the injection nozzle 31 collides with the surface of the workpiece W. Therefore, the vapor film generated on the surface of the workpiece W can be destroyed. Also in this respect, the cooling rate of the workpiece W can be increased.

また、昇降部５０つまりワークＷは、焼入れ油Ａ内を上下方向に高速で揺動する。このため、ワークＷの表面に発生した蒸気膜を破壊することができる。この点においても、ワークＷの冷却速度を速くすることができる。 In addition, the lifting unit 50, that is, the work W, swings at high speed in the vertical direction in the hardening oil A. Therefore, the vapor film generated on the surface of the workpiece W can be destroyed. Also in this respect, the cooling rate of the workpiece W can be increased.

また、図２に示すように、ワークＷの冷却速度が速いため、ワークＷの歯先ａおよび歯元ｂの冷却曲線が、ＴＴＴ曲線のパーライトノーズＧに干渉するのを、防止することができる。このため、ワークＷの完全焼入れが可能である。 Further, as shown in FIG. 2, since the cooling rate of the workpiece W is fast, it is possible to prevent the cooling curves of the tip a and the tooth root b of the workpiece W from interfering with the pearlite nose G of the TTT curve. . For this reason, complete hardening of the work W is possible.

また、ワークＷが上下方向に揺動することにより、焼入れ油Ａを撹拌することができる。このため、焼入れ油Ａの上下方向の温度のばらつき（上部が高温、下部が低温）を、抑制することができる。したがって、焼入れ油Ａの上下方向の冷却速度のばらつき（上部が低速、下部が高速）を、抑制することができる。よって、ワークＷの上下方向における均熱性を保った高速冷却を達成することができる。また、撹拌翼２１０が回転することにより、焼入れ油Ａを撹拌することができる。この点においても、ワークＷの上下方向における均熱性を保った高速冷却を達成することができる。 In addition, when the work W swings in the vertical direction, the hardening oil A can be stirred. For this reason, it is possible to suppress the variation in temperature of the hardening oil A in the vertical direction (the upper part is high temperature and the lower part is low temperature). Therefore, it is possible to suppress the variation in the cooling rate in the vertical direction of the hardening oil A (the upper part is low and the lower part is high). Therefore, it is possible to achieve high-speed cooling maintaining the temperature uniformity in the vertical direction of the work W. In addition, the hardening oil A can be stirred by rotating the stirring blade 210. Also in this respect, it is possible to achieve high-speed cooling maintaining the heat uniformity in the vertical direction of the workpiece W.

また、減圧工程は、臨界区域Ｅにおける沸騰段階、沸騰段階通過後の対流段階に対応している。また、減圧工程は、ワークＷの温度がＭｓ点直前になるまで、つまり危険区域Ｆ直前まで実行される。ワークＷに焼入れ歪みが発生するのを抑制するためには、臨界区域Ｅ通過後の危険区域Ｆにおいて、ワークＷの均熱性を確保する必要がある。しかしながら、沸騰段階から対流段階に移行すると、言い換えると伝熱形態が核沸騰から対流に移行すると、熱伝達率が低くなってしまう。このため、ワークＷの冷却速度が遅くなってしまう。従来は、図２に示すように、沸点５００℃で沸騰段階から対流段階に移行していた。このため、ワークＷの冷却速度が遅かった。 The depressurization process corresponds to the boiling stage in the critical zone E and the convection stage after passing the boiling stage. In addition, the decompression step is performed until the temperature of the work W reaches just before the Ms point, that is, just before the danger zone F. In order to suppress the occurrence of hardening distortion in the work W, it is necessary to ensure the uniformity of the work W in the danger area F after passing through the critical area E. However, when the boiling phase is shifted to the convection phase, in other words, when the heat transfer form is shifted from nucleate boiling to convection, the heat transfer coefficient becomes low. For this reason, the cooling rate of the work W becomes slow. Conventionally, as shown in FIG. 2, the boiling phase was shifted to the convection phase at a boiling point of 500 ° C. For this reason, the cooling rate of the work W was slow.

この点、本実施形態によると、加圧工程において、焼入れ室２０には加圧室３００から焼入れ油Ａが注入される。このため、焼入れ油Ａが注入されない場合と比較して、焼入れ室２０に占める空間Ｂの割合が小さくなる。したがって、減圧工程における真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの排気負担を軽減することができる。よって、焼入れ室２０を素早く減圧することができる。また、焼入れ室２０を、ワークＷの冷却速度に比例した速度で、減圧することができる。したがって、伝熱形態が核沸騰から対流段階に移行するのを、遅らせることができる。よって、危険区域Ｆに進入する前に、ワークＷの均熱性を確保することができる。 In this regard, according to the present embodiment, the hardening oil A is injected from the pressurizing chamber 300 into the hardening chamber 20 in the pressurizing step. For this reason, compared with the case where hardening oil A is not injected, the ratio of space B to hardening room 20 becomes small. Therefore, the exhaust load on the vacuum tanks 40A to 40D in the pressure reduction step can be reduced. Therefore, the quenching chamber 20 can be quickly depressurized. In addition, the quenching chamber 20 can be depressurized at a rate proportional to the cooling rate of the work W. Thus, the transition of the heat transfer form from nucleate boiling to the convective phase can be delayed. Therefore, before entering the danger zone F, it is possible to ensure the uniformity of the work W.

また、焼入れ室２０は、予め減圧済みの複数の減圧室４００に、段階的に連通される。この点においても、焼入れ室２０を素早く減圧することができる。また、真空ポンプ７を用いないで、焼入れ室２０を素早く減圧することができる。また、焼入れ室２０を、ワークＷの冷却速度に比例した速度で、減圧することができる。 In addition, the quenching chamber 20 is communicated in stages with the plurality of decompression chambers 400 that have been decompressed in advance. Also in this respect, the quenching chamber 20 can be quickly depressurized. In addition, the quenching chamber 20 can be quickly depressurized without using the vacuum pump 7. In addition, the quenching chamber 20 can be depressurized at a rate proportional to the cooling rate of the work W.

また、減圧室４００には、ミストトラップ４０１が配置されている。このため、減圧工程において、真空ポンプ７に、焼入れ油Ａのミストが混入するのを抑制することができる。また、騒音の発生を抑制することができる。 Further, a mist trap 401 is disposed in the decompression chamber 400. For this reason, it is possible to suppress the mist of the quenching oil A from being mixed in the vacuum pump 7 in the pressure reducing step. Also, the generation of noise can be suppressed.

また、ワークＷの揺動に、サーボモータ５３とカウンタバランスウエイト５１とを用いている。このため、油圧シリンダ、エアシリンダなどを用いる場合と比較して、ワークＷの動きを制御しやすい。したがって、高速かつスムーズにワークＷを動かすことができる。 Further, the servomotor 53 and the counterbalance weight 51 are used to swing the workpiece W. For this reason, compared with the case where a hydraulic cylinder, an air cylinder, etc. are used, it is easy to control movement of work W. Therefore, the workpiece W can be moved fast and smoothly.

＜第二実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図３に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、ホット油（油温２００℃）である。 Second Embodiment
The hardening method of this embodiment is implemented using the hardening apparatus of 1st embodiment. The temperature change of the workpiece | work of the hardening method of this embodiment is shown in FIG. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol. The oil type of hardening oil A is hot oil (oil temperature 200 ° C.).

図３に示すように、焼入れ室２０は、加圧工程において１００ｋＰａから１５０ｋＰａまで加圧され、その後の減圧工程において１５０ｋＰａから１．３ｋＰａまで減圧される。ホット油の沸点は、焼入れ室２０の圧力に従って変化する。 As shown in FIG. 3, the hardening chamber 20 is pressurized to 100 kPa to 150 kPa in the pressurizing step, and depressurized to 150 kPa to 1.3 kPa in the subsequent depressurizing step. The boiling point of the hot oil changes according to the pressure in the quenching chamber 20.

本実施形態の焼入れ方法と、第一実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の焼入れ方法によると、Ｍｓ点直前までに、歯先ａと歯元ｂとの温度差を、急速に縮小することができる。このため、ワークＷが質量５０ｋｇ以上の大物であっても、簡単に均熱化することができる。 The hardening method of the present embodiment and the hardening method of the first embodiment have the same effects as those of the parts having the same configuration. According to the hardening method of the present embodiment, the temperature difference between the tooth top a and the tooth base b can be rapidly reduced to just before the Ms point. For this reason, even if the workpiece W is a large object having a mass of 50 kg or more, the soaking can be easily performed.

また、本実施形態の焼入れ方法によると、焼入れ油Ａとしてホット油を用いている。ここで、大気圧におけるホット油の沸点は、５００℃以上である。このため、ワークＷ（歯先ａおよび歯元ｂ）の温度が６００℃付近から、伝熱形態が核沸騰から対流に移行しやすくなる。したがって、冷却速度が遅くなってしまう。 Further, according to the quenching method of the present embodiment, a hot oil is used as the quenching oil A. Here, the boiling point of the hot oil at atmospheric pressure is 500 ° C. or higher. For this reason, from the temperature of the workpiece W (the tooth top a and the tooth root b) around 600 ° C., the heat transfer form is easily shifted from the nuclear boiling to the convection. Therefore, the cooling rate becomes slow.

この点、本実施形態の焼入れ方法によると、加圧工程においては、蒸気膜の発生を抑制しながら、ワークＷを急速冷却することができる。また、減圧工程においては、核沸騰を持続させることにより、ワークＷを急速冷却することができる。このため、歯先ａについては、ＴＴＴ曲線のパーライトノーズＧに干渉するのを、防止することができる。すなわち、完全焼入れを行うことができる。また、歯元ｂについては、ＴＴＴ曲線のパーライトノーズＧに干渉するものの、パーライト変態やベイナイト変態の少ない焼入れを行うことができる。したがって、ホット油を用いて、コールド油に近い冷却性能を確保することができる。また、コールド油を用いる場合は、焼入れ室２０の減圧を途中で止める沸点温度制御により、危険区域を均一温度で通過する、ホット油並みの低歪み焼入れを行うことができる。このように、本実施形態の焼入れ方法によると、一種類の焼入れ油Ａで、更油することなく、異なる焼入れ特性を確保することができる。 In this regard, according to the hardening method of the present embodiment, the work W can be rapidly cooled while suppressing the generation of the vapor film in the pressurizing step. Further, in the depressurization step, the workpiece W can be rapidly cooled by maintaining nucleate boiling. Therefore, it is possible to prevent the tip a from interfering with the pearlite nose G of the TTT curve. That is, complete hardening can be performed. In addition, although the tooth root b interferes with the pearlite nose G of the TTT curve, hardening can be performed with little pearlite transformation and bainite transformation. Therefore, hot oil can be used to ensure a cooling performance close to that of cold oil. Moreover, when using cold oil, low distortion hardening similar to hot oil passing through the danger zone at uniform temperature can be performed by boiling point temperature control that stops the pressure reduction of the hardening chamber 20 in the middle. As described above, according to the hardening method of the present embodiment, different hardening characteristics can be secured with one type of hardening oil A without refueling.

＜第三実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図４に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、コールド油（油温８０℃）である。ただし、点線で示す比較例の焼入れ油Ａの油種は、ホット油（油温２００℃）である。大気圧において、コールド油の沸点は４００℃以下、ホット油の沸点は５００℃以上である。 Third Embodiment
The hardening method of this embodiment is implemented using the hardening apparatus of 1st embodiment. The temperature change of the workpiece | work of the hardening method of this embodiment is shown in FIG. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol. The oil type of the quenching oil A is cold oil (oil temperature 80 ° C.). However, the oil type of the hardening oil A of the comparative example indicated by a dotted line is a hot oil (oil temperature: 200 ° C.). At atmospheric pressure, the boiling point of cold oil is 400 ° C. or less, and the boiling point of hot oil is 500 ° C. or more.

図４に示すように、本実施形態の場合、減圧工程を、蒸気膜段階（６５０℃）を超えた点Ｐ１（焼入れ開始から２〜３秒後）から開始する。減圧工程においては、焼入れ室２０の圧力を、３〜８秒間で１０ｋＰａまで減圧する。 As shown in FIG. 4, in the case of the present embodiment, the pressure reduction step is started from a point P1 (2 to 3 seconds after the start of hardening) which exceeds the vapor film stage (650 ° C.). In the pressure reduction step, the pressure in the quenching chamber 20 is reduced to 10 kPa in 3 to 8 seconds.

本実施形態の焼入れ方法と、第一実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。歯先ａは、冷却速度が速い。このため、歯先ａの温度は、コールド油の沸点未満になりやすい。したがって、歯先ａは、主に、熱伝達率が低い対流により冷却される。これに対して、歯元ｂは、冷却速度が遅い。このため、歯元ｂの温度は、コールド油の沸点以上になりやすい。したがって、歯元ｂは、主に、熱伝達率が高い核沸騰により冷却される。このように、本実施形態の焼入れ方法によると、歯先ａの冷却速度を、対流伝熱により、遅くすることができる。一方、歯元ｂの冷却速度を、核沸騰伝熱により、維持することができる。このため、Ｍｓ点（２００〜３５０℃）直前までに、歯先ａと歯元ｂとの温度差を、急速に縮小することができる。このように、本実施形態の焼入れ方法によると、コールド油による焼入れであるにもかかわらず、ホット油によるマルクエンチ並みの低歪み焼入れを行うことができる。 The hardening method of the present embodiment and the hardening method of the first embodiment have the same effects as those of the parts having the same configuration. The tip a has a fast cooling rate. For this reason, the temperature of the tooth tip a tends to be less than the boiling point of cold oil. Therefore, the tip a is mainly cooled by convection having a low heat transfer coefficient. On the other hand, the tooth base b has a slow cooling rate. For this reason, the temperature of the tooth base b is likely to be equal to or higher than the boiling point of cold oil. Therefore, the root b is mainly cooled by nucleate boiling having a high heat transfer coefficient. As described above, according to the hardening method of the present embodiment, the cooling rate of the tooth top a can be reduced by convective heat transfer. On the other hand, the cooling rate of the tooth base b can be maintained by the nuclear boiling heat transfer. Therefore, it is possible to rapidly reduce the temperature difference between the tooth top a and the tooth base b just before the Ms point (200 to 350 ° C.). As described above, according to the quenching method of the present embodiment, despite being quenched with cold oil, it is possible to perform low strain quenching comparable to the Marquenching with hot oil.

また、本実施形態の焼入れ方法において、Ｍｓ点直前のコールド油の蒸気圧で減圧を止めて一定圧力に保持することにより、ワークＷの均熱性をさらに向上させることができる。この場合、従来の１８０〜２００℃ホット油マルクエンチ同等以上の低歪み焼入れを行うことができる。 Moreover, in the hardening method of this embodiment, the temperature uniformity of the workpiece W can be further improved by stopping the pressure reduction by the vapor pressure of the cold oil just before the Ms point and holding the pressure at a constant pressure. In this case, it is possible to perform low distortion hardening equal to or more than conventional 180 to 200 ° C. hot oil round quenching.

＜第四実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図５に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、ホット油（油温２００℃）である。大気圧におけるホット油の沸点は５００℃以上である。 Fourth Embodiment
The hardening method of this embodiment is implemented using the hardening apparatus of 1st embodiment. The temperature change of the workpiece | work of the hardening method of this embodiment is shown in FIG. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol. The oil type of hardening oil A is hot oil (oil temperature 200 ° C.). The boiling point of hot oil at atmospheric pressure is 500 ° C. or higher.

図５に示すように、第三実施形態と同様に、本実施形態の場合、減圧工程を、蒸気膜段階（６５０℃）を超えた点Ｐ１（焼入れ開始から２〜３秒後）から開始する。減圧工程においては、焼入れ室２０の圧力を、３〜８秒間で１０ｋＰａまで減圧する。 As shown in FIG. 5, in the case of the present embodiment, as in the third embodiment, the pressure reduction step is started from a point P1 (2 to 3 seconds after the start of hardening) which exceeds the vapor film stage (650 ° C.). . In the pressure reduction step, the pressure in the quenching chamber 20 is reduced to 10 kPa in 3 to 8 seconds.

本実施形態の焼入れ方法と、第三実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の焼入れ方法によると、従来、ソルトバスが使用され、ホット油では不可能であった、２００℃以上のマルクエンチを行うことができる。 The hardening method of the present embodiment and the hardening method of the third embodiment have the same effects as those of the parts having the same configuration. According to the quenching method of the present embodiment, a salt bath is conventionally used, and it is possible to perform the Marquench at 200 ° C. or higher, which is impossible with hot oil.

＜第五実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図６に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、コールド油（油温８０℃）である。大気圧におけるコールド油の沸点は４００℃以下である。 Fifth Embodiment
The hardening method of this embodiment is implemented using the hardening apparatus of 1st embodiment. The temperature change of the workpiece | work of the hardening method of this embodiment is shown in FIG. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol. The oil type of the quenching oil A is cold oil (oil temperature 80 ° C.). The boiling point of cold oil at atmospheric pressure is 400 ° C. or less.

図６に示すように、本実施形態の場合、ワークＷは上下方向に長いシャフト（長尺物）である。コールド油の液面から、ワークＷの下端αまでの距離δは、８００ｍｍである。ワークＷの長さ（上端γ〜下端α間の距離）は、６００ｍｍである。図６に、ワークＷの下端α、上下方向中央β、上端γの冷却曲線を示す。また、下端α付近の沸点Ｔαの温度変化を示す。また、上端γ付近の沸点Ｔγの温度変化を示す。 As shown in FIG. 6, in the case of the present embodiment, the work W is a shaft (long material) which is long in the vertical direction. The distance δ from the liquid surface of the cold oil to the lower end α of the work W is 800 mm. The length of the work W (the distance between the upper end γ and the lower end α) is 600 mm. FIG. 6 shows cooling curves of the lower end α, the center β in the vertical direction, and the upper end γ of the work W. In addition, the temperature change of the boiling point Tα around the lower end α is shown. In addition, the temperature change of the boiling point Tγ near the upper end γ is shown.

本実施形態の焼入れ方法と、第一実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、ワークＷが長尺物の場合、従来の焼入れ方法によると、上端γの冷却速度は、蒸気膜の影響により遅くなってしまう。一方、下端αの冷却速度は、撹拌により速くなってしまう。当該冷却速度の差により、Ｍｓ点突入時にワークＷに温度差（時間差）が発生してしまう。このため、焼入れ歪みが大きくなる。 The hardening method of the present embodiment and the hardening method of the first embodiment have the same effects as those of the parts having the same configuration. When the workpiece W is a long object, the cooling rate of the upper end γ is slowed by the influence of the vapor film according to the conventional hardening method. On the other hand, the cooling rate of the lower end α is increased by the stirring. Due to the difference in the cooling rate, a temperature difference (time difference) occurs in the workpiece W when the Ms point is entered. For this reason, hardening distortion becomes large.

この点、本実施形態の焼入れ方法によると、サーボモータ５３を用いて、昇降部５０の昇降速度を、下降速度に対して上昇速度の方が速くなるように、設定することができる。こうすると、焼入れ油Ａの上部の冷却速度を速くすることができる。このため、ワークＷ全体における冷却速度のばらつきを抑制することができる。 In this regard, according to the hardening method of the present embodiment, the elevating speed of the elevating unit 50 can be set using the servomotor 53 such that the rising speed is faster than the lowering speed. In this way, the cooling rate of the upper part of the hardening oil A can be increased. For this reason, the variation in the cooling rate in the whole workpiece W can be suppressed.

例えば、減圧工程において、一気に焼入れ室２０を油温の蒸気圧まで減圧すれば、ワークＷの上端γは沸点に達する。ここで、コールド油のヘッド差による内部圧力により、下端αは、上端γと比較して、蒸気圧が高くなる。このため、下端αは、上端と比較して、沸点が１００〜２００℃ほど高くなる。当該沸点差を利用して、Ｍｓ点突入前のワークＷの温度差を縮小することができる。 For example, in the pressure reduction step, when the pressure in the quenching chamber 20 is reduced to the vapor pressure of the oil temperature, the upper end γ of the work W reaches the boiling point. Here, due to the internal pressure due to the head difference of the cold oil, the lower end α has a higher vapor pressure than the upper end γ. Therefore, the lower end α has a boiling point as high as 100 to 200 ° C. compared to the upper end. The temperature difference of the workpiece W before entering the Ms point can be reduced by using the boiling point difference.

また、減圧工程において、上端γの温度を５５０℃から一気に下げ、沸点に達した状態でＭｓ点に向かう場合、下端αの伝熱状態は、３５０℃の手前から核沸騰から対流に切り替わる。このため、下端αの冷却速度が遅くなり、下端αは当該冷却速度を保ったまま、コールド油の油温８０℃に向かう。一方、上下方向中央βは２５０℃まで沸騰段階であるため、２５０℃まで上下方向中央βの冷却速度は速い。並びに、上端γは１００℃まで沸騰段階であるため、１００℃まで上端γの冷却速度は速い。このため、上下方向中央β、上端γの温度は、下端αの温度に追いつく。したがって、均一な温度で、マルテンサイト変態が行われる。よって、焼入れ歪みを低減することができる。また、完全マルクエンチのため、上端γの温度が下端αの温度に追いついた後、追い越すことがないように、減圧を停止することもできる。 In the pressure reduction step, when the temperature of the upper end γ is lowered from 550 ° C. at a stretch to reach the Ms point when reaching the boiling point, the heat transfer state of the lower end α switches from nuclear boiling to convection from before 350 ° C. For this reason, the cooling rate of the lower end α becomes slow, and the lower end α proceeds to the oil temperature of the cold oil of 80 ° C. while maintaining the cooling rate. On the other hand, since the center β in the vertical direction is a boiling stage up to 250 ° C., the cooling rate of the center β in the vertical direction is fast up to 250 ° C. Also, since the upper end γ is a boiling phase up to 100 ° C., the cooling rate of the upper end γ is fast up to 100 ° C. Therefore, the temperatures of the vertical center β and the upper end γ catch up with the temperature of the lower end α. Thus, martensitic transformation takes place at a uniform temperature. Therefore, hardening distortion can be reduced. In addition, since the temperature of the upper end γ catches up with the temperature of the lower end α because of the full circle quench, the pressure reduction can be stopped so that it does not pass.

また、焼入れ油Ａとしてホット油を使用する場合も、上端γの温度が下端αの温度に追いついた後、追い越すことがないように、減圧速度を制御することにより、所定の温度（例えば３００℃）で、ワークＷを均熱状態にすることができる。 In addition, even when using hot oil as hardening oil A, a predetermined temperature (for example, 300 ° C.) is controlled by controlling the pressure reduction speed so that it does not pass after the temperature of the upper end γ catches up with the temperature of the lower end α. ), The work W can be put into a soaking state.

＜その他＞
以上、本発明の焼入れ方法および焼入れ装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。 <Others>
The embodiments of the hardening method and the hardening device of the present invention have been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. It is also possible to carry out in various variants and modifications which can be carried out by those skilled in the art.

減圧工程における焼入れ室２０の減圧速度は特に限定しない。ワークＷの大きさや形状で変わる表面温度冷却曲線（冷却速度）や、使用する焼入れ油Ａの蒸気圧曲線に応じて、適正な減圧速度を設定すればよい。一例として、１００ｋＰａから１０ｋＰａまでの減圧時間を、１０秒以内、好ましくは３秒以内としてもよい。 The pressure reduction rate of the quenching chamber 20 in the pressure reduction step is not particularly limited. An appropriate pressure reduction rate may be set according to the surface temperature cooling curve (cooling rate) which changes depending on the size and shape of the work W and the vapor pressure curve of the hardening oil A used. As an example, the decompression time from 100 kPa to 10 kPa may be within 10 seconds, preferably within 3 seconds.

減圧工程においては、予め減圧された真空タンク４０Ａ〜４０Ｄだけを用いて、焼入れ室２０を減圧してもよい。また、真空タンク４０Ａ〜４０Ｄと真空ポンプ７とを併用してもよい。また、減圧工程と沸騰段階とは、互いの少なくとも一部同士が、時間的に重複していればよい。例えば、減圧工程の全期間に亘って、沸騰段階が持続しなくてもよい。蒸気膜段階、沸騰段階、対流段階のうち少なくとも沸騰段階が、減圧工程に含まれればよい。 In the depressurization step, the quenching chamber 20 may be depressurized using only the vacuum tanks 40A to 40D which are depressurized in advance. Also, the vacuum tanks 40A to 40D and the vacuum pump 7 may be used in combination. In addition, at least a part of the depressurizing step and the boiling step may be overlapped with each other in time. For example, the boiling phase may not last for the entire duration of the depressurization step. At least the boiling stage of the vapor film stage, the boiling stage, and the convection stage may be included in the depressurization process.

減圧工程の始期は特に限定しない。例えば、加圧工程に連続して減圧工程を行ってもよい。また、加圧工程終了後、所定の時間だけ空けてから、減圧工程を行ってもよい。減圧工程の終期は特に限定しない。例えば、Ｍｓ点直前まで減圧工程を行ってもよい。また、Ｍｓ点通過後まで減圧工程を行ってもよい。 The start of the depressurization step is not particularly limited. For example, the depressurization step may be performed continuously to the pressurization step. In addition, after the pressurization process is completed, the depressurization process may be performed after leaving for a predetermined time. The end of the depressurization step is not particularly limited. For example, the pressure reduction step may be performed just before the Ms point. In addition, the pressure reduction step may be performed until after passing the Ms point.

加圧工程後における焼入れ室２０の圧力は特に限定しない。加圧工程前よりも高圧であればよい。大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）以上である方がよい。加圧工程の実行時間は特に限定しない。蒸気膜段階に対応して実行すればよい。加圧工程と蒸気膜段階とは、互いの少なくとも一部同士が、時間的に重複していればよい。例えば、加圧工程の全期間に亘って、蒸気膜段階が持続しなくてもよい。反対に、蒸気膜段階の全期間に亘って、加圧工程を行わなくてもよい。 The pressure in the quenching chamber 20 after the pressing step is not particularly limited. The pressure may be higher than before the pressurization step. It is better to be at atmospheric pressure (101.325 kPa) or higher. The execution time of the pressurization step is not particularly limited. It may be performed corresponding to the vapor membrane stage. At least a part of the pressurizing step and the vapor membrane step may be overlapped with each other in time. For example, the vapor membrane stage may not last for the entire duration of the pressurization process. Conversely, the pressurization step may not be performed for the entire duration of the vapor membrane stage.

加圧工程の実行時間は特に限定しない。例えば、図２〜図６に示すように、焼入れ開始から３秒以内であってもよい。すなわち、焼入れ室２０の空間Ｂを、素早く小さくできればよい。減圧工程において、ワークＷの揺動を停止するタイミングは特に限定しない。また、減圧工程において、ワークＷの揺動を停止しなくてもよい。また、焼入れ後のワークＷに焼戻しを施さなくてもよい。 The execution time of the pressurization step is not particularly limited. For example, as shown in FIGS. 2 to 6, it may be within 3 seconds from the start of hardening. That is, the space B of the quenching chamber 20 should be made small quickly. The timing to stop the swinging of the workpiece W in the depressurization process is not particularly limited. Further, in the pressure reducing step, the swinging of the work W may not be stopped. Moreover, it is not necessary to temper the workpiece W after quenching.

バルブＶ１を介して加圧室３００に供給される加圧用の気体の種類は特に限定しない。アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスであってもよい。 The type of pressurizing gas supplied to the pressurizing chamber 300 via the valve V1 is not particularly limited. It may be an inert gas such as argon or helium.

真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの容積、配置数は特に限定しない。配置数は、５つ以上であってもよい。また、単一でもよい。複数の真空タンク４０Ａ〜４０Ｄを交互に焼入れ室２０に連通させてもよい。この場合、常に一つの真空タンク４０Ａ〜４０Ｄが焼入れ室２０に連通することになる。また、複数の真空タンク４０Ａ〜４０Ｄを同時に焼入れ室２０に連通させてもよい。真空ポンプ７の種類は特に限定しない。メカニカルブースターポンプや油回転ポンプなどであってもよい。ミストトラップ４０１の種類は特に限定しない。デミスターなど、金属製のフィルタであってもよい。 The volume of the vacuum tanks 40A to 40D and the number of arrangement thereof are not particularly limited. The arrangement number may be five or more. Also, it may be single. The plurality of vacuum tanks 40A to 40D may alternately communicate with the quenching chamber 20. In this case, one vacuum tank 40A to 40D always communicates with the quenching chamber 20. Also, a plurality of vacuum tanks 40A to 40D may be simultaneously communicated with the quenching chamber 20. The type of vacuum pump 7 is not particularly limited. It may be a mechanical booster pump or an oil rotary pump. The type of the mist trap 401 is not particularly limited. It may be a metal filter such as demister.

焼入れ油Ａの種類は特に限定しない。ホット油、セミホット油、コールド油などであってもよい。なお、ホット油はＪＩＳＫ２２４２の３種に、セミホット油は２種に、コールド油は１種に、各々相当する。ワークＷの種類は特に限定しない。鋼製であればよい。 The type of hardening oil A is not particularly limited. It may be hot oil, semi-hot oil, cold oil or the like. The hot oil corresponds to three of JIS K 2242, the semi-hot oil to two, and the cold oil to one. The type of the work W is not particularly limited. It may be made of steel.

１：焼入れ装置、２：焼入れ部、２０：焼入れ室、２１：撹拌部、２１０：撹拌翼、２１１：モータ、２２：筒部材、２３：ハウジング、３：加圧装置、３０：蓄圧タンク、３００：加圧室、３１：噴射ノズル、４：減圧装置、４０Ａ〜４０Ｄ：真空タンク、４００：減圧室、４０１：ミストトラップ、５：ワーク昇降装置、５０：昇降部、５１：カウンタバランスウエイト、５２：スプロケット、５３：サーボモータ、６：加熱部、６０：加熱室、６１：ハウジング、７：真空ポンプ
α：下端、β：上下方向中央、γ：上端、δ：距離、Ａ：焼入れ油、Ｂ：空間、Ｃ１：上端位置、Ｃ２：下端位置、Ｄ１：上側レベル、Ｄ２：下側レベル、Ｅ：臨界区域、Ｆ：危険区域、Ｇ：パーライトノーズ、Ｖ１〜Ｖ３：バルブ、Ｖ４Ａ〜Ｖ４Ｄ：バルブ、Ｖ５Ａ〜Ｖ５Ｄ：バルブ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄ：バルブ、Ｗ：ワーク、ａ：歯先、ｂ：歯元 1: Hardening device 2: Hardening part 20: Hardening room 21: Stirring part 210: Stirring blade 211: Motor 22: Cylindrical member 23: Housing 3: 3: Pressure device 30: Pressure storage tank 300 A pressure chamber, 31: an injection nozzle, 4: a pressure reducing device, 40A to 40D: a vacuum tank, 400: a pressure reducing chamber, 401: a mist trap, 5: a work lifting device, 50: a lifting portion, 51: a counterbalance weight, 52 : Sprocket, 53: Servo motor, 6: Heating unit, 60: Heating chamber, 61: Housing, 7: Vacuum pump α: Lower end, β: Center in the vertical direction, γ: Upper end, δ: Distance, A: Hardened oil, B : Space, C1: Upper end position, C2: Lower end position, D1: Upper level, D2: Lower level, E: Critical area, F: Hazardous area, G: Pearlite nose, V1 to V3: Valve, V4A to V4D: Valve V5A~V5D: valve, V6A~V6D: valve, W: work, a: tooth tip, b: tooth root

Claims

蒸気膜段階において、焼入れ油を焼入れ室に注入することにより、前記焼入れ室の空間を素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧することにより、ワークの表面に蒸気膜が発生するのを抑制する加圧工程と、
沸騰段階において、前記ワークの冷却速度に応じた速度で前記焼入れ室を減圧することにより、前記焼入れ油の沸騰を持続させる減圧工程と、
を有する焼入れ方法。 In the steam film stage, the quenching oil is injected into the quenching chamber to quickly reduce the space of the quenching chamber and pressurize the quenching chamber to suppress the generation of the steam film on the surface of the work. Pressure process,
In the boiling stage, depressurizing the quenching chamber at a rate according to the cooling rate of the work to maintain boiling of the quenching oil;
With quenching method.

前記加圧工程において、前記ワークを上下動させることにより前記蒸気膜を破壊する請求項１に記載の焼入れ方法。 The hardening method according to claim 1, wherein the vapor film is broken by moving the work up and down in the pressing step.

前記加圧工程において、前記焼入れ油を注入した後の前記焼入れ室の圧力は、大気圧以上である請求項１または請求項２に記載の焼入れ方法。 The hardening method according to claim 1 or 2, wherein the pressure in the hardening chamber after injecting the hardening oil in the pressurization step is equal to or higher than atmospheric pressure.

前記加圧工程において、前記焼入れ室と、前記焼入れ油が貯留され予め蓄圧された加圧室と、を連通させることにより、前記焼入れ室を加圧する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の焼入れ方法。 The pressure-applying process according to any one of claims 1 to 3, wherein, in the pressure-applying step, the hardening chamber is pressurized by communicating the hardening chamber with a pressurizing chamber which stores the hardening oil and is accumulated in advance. Quenching method.

前記減圧工程において、前記焼入れ室と、予め真空引きされた減圧室と、を連通させることにより、前記焼入れ室を減圧する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の焼入れ方法。 The hardening method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the depressurizing step, the hardening chamber is depressurized by connecting the hardening chamber and the depressurizing chamber previously evacuated.

前記減圧工程は、少なくともＭｓ点直前まで実行される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の焼入れ方法。 The hardening method according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressure reduction step is performed at least just before the Ms point.

前記減圧工程は、前記Ｍｓ点通過後まで実行される請求項６に記載の焼入れ方法。 The hardening method according to claim 6, wherein the depressurizing step is performed after passing the Ms point.

ワークが配置される焼入れ室と、
焼入れ油を前記焼入れ室に注入し、前記焼入れ室の空間を素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧する加圧装置と、
前記加圧装置により加圧された前記焼入れ室を減圧する減圧装置と、
を備える焼入れ装置。 A quenching chamber in which the workpiece is placed,
A pressurizing device for injecting a hardening oil into the hardening chamber to quickly reduce the space of the hardening chamber and pressurizing the hardening chamber;
A decompression device that decompresses the quenching chamber pressurized by the pressurizing device;
Hardening device equipped with

前記加圧装置は、前記焼入れ油が貯留され、前記焼入れ室に連通する前に予め蓄圧される加圧室を有する請求項８に記載の焼入れ装置。 9. The hardening device according to claim 8, wherein the pressurizing device has a pressurizing chamber in which the hardening oil is stored and which is accumulated in advance before being communicated with the hardening chamber.

前記ワークを上下動させるワーク昇降装置を備える請求項８または請求項９に記載の焼入れ装置。 The hardening apparatus according to claim 8 or 9, further comprising a workpiece lifting device that moves the workpiece up and down.

前記減圧装置は、前記焼入れ室に連通する前に予め真空引きされる減圧室を有する請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の焼入れ装置。 The hardening device according to any one of claims 8 to 10, wherein the pressure reducing device has a pressure reducing chamber which is vacuumed in advance before communicating with the hardening chamber.