JPH0649923B2 - Vacuum carburizing method - Google Patents
Vacuum carburizing methodInfo
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- JPH0649923B2 JPH0649923B2 JP63274763A JP27476388A JPH0649923B2 JP H0649923 B2 JPH0649923 B2 JP H0649923B2 JP 63274763 A JP63274763 A JP 63274763A JP 27476388 A JP27476388 A JP 27476388A JP H0649923 B2 JPH0649923 B2 JP H0649923B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、減圧下で鋼材からなる被処理物を浸炭する
真空浸炭方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vacuum carburizing method for carburizing an object to be treated made of steel under reduced pressure.
＜従来の技術＞ 従来、ガス浸炭に比べて浸炭サイクルが短い．爆発の虞
れがない等の理由で、鋼材からなる被処理物を浸炭処理
する場合、減圧下で浸炭処理する真空浸炭方法が多く用
いられている（特公昭５１−２９７０３号公報・特公昭
５４−３１９７６号公報参照）。<Conventional technology> Conventionally, the carburizing cycle is shorter than that of gas carburizing. A vacuum carburizing method of carburizing under a reduced pressure is often used when carburizing an object to be treated made of steel for the reason that there is no fear of explosion (Japanese Patent Publication No. 51-29703 / 54). -31976).
そして、従来の真空浸炭方法では、被処理物を浸炭処理
する場合、実際の操業では、熱処理炉内の圧力を150〜5
00Torr、温度を930〜1040度とするとともに、その炉内
に炭化水素ガス（メタンやプロパン等、さらに、必要に
より不活性ガスの窒素ガス等を混入させたもの）を20〜
100／min供給するとともに20〜120秒滞溜させ、炉内
で炭化水素ガスが熱分解する際に生ずる原子状炭素を利
用して行なつていた。Then, in the conventional vacuum carburizing method, when carburizing the object to be treated, in the actual operation, the pressure in the heat treatment furnace is set to 150 to 5
00 Torr, the temperature is 930 to 1040 degrees, and hydrocarbon gas (mixed with methane, propane, etc., and nitrogen gas, which is an inert gas if necessary) in the furnace is 20 ~
It was supplied at 100 / min for 20 to 120 seconds, and it was carried out by using atomic carbon produced when the hydrocarbon gas was thermally decomposed in the furnace.
＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、浸炭時、炉内に供給する炭化水素ガスとして、
メタンに比べて単価の安いプロパンを使用する場合に
は、従来の真空浸炭方法では、次のような問題が生じて
しまう。<Problems to be Solved by the Invention> However, during carburization, as a hydrocarbon gas to be supplied into the furnace,
When using propane, which has a lower unit price than methane, the conventional vacuum carburization method causes the following problems.
プロパン(C3H8)の炉内での熱分解は、まず、C3H8→2[C]
（原子状炭素）＋CH4＋2H2 （分解速度1/1000秒（約1000度において））と分解し、
その後、メタン(CH4)の熱分解が、 CH4（メタン） →[C]（原子状炭素）＋2H2 （分解速度60秒（約1000度において）） と分解する。The thermal decomposition of propane (C 3 H 8 ) in a furnace is as follows: C 3 H 8 → 2 [C]
Decomposes with (atomic carbon) + CH 4 + 2H 2 (decomposition rate 1/1000 second (at about 1000 degrees)),
After that, thermal decomposition of methane (CH 4 ) decomposes as CH 4 (methane) → [C] (atomic carbon) + 2H 2 (decomposition rate 60 seconds (at about 1000 degrees)).
そして、原子状炭素の寿命は、1/1000〜1/10秒程度と極
めて短く、かつ、炭化水素ガスの炉内での滞溜時間を考
慮すると、その原子状炭素が浸炭に寄与するのは、メタ
ンが熱分解する際の原子状炭素となる。その結果、プロ
パンが炉内に注入された当初の、メタンに熱分解する際
に生ずる二個分の原子状炭素は、ススとなつてしまう。The life of atomic carbon is extremely short, about 1/1000 to 1/10 seconds, and considering the retention time of hydrocarbon gas in the furnace, the atomic carbon contributes to carburization. , Becomes atomic carbon when methane is thermally decomposed. As a result, the two atomic carbons produced during the thermal decomposition of propane into the furnace at the beginning are turned into soot.
そのため、ススによる炉のトラブルが発生し易い。ま
た、炉内に注入されるプロパンの大部分が浸炭に寄与す
ることなくススになることから、無駄にプロパンを使用
することになるとともに、ススとなるプロパンを加熱す
るエネルギーも無駄となつてしまう。Therefore, the trouble of the furnace due to the soot is likely to occur. Further, most of the propane injected into the furnace becomes soot without contributing to carburization, so that propane is wasted and the energy for heating the propane that becomes soot is also wasted. .
さらにまた、メタンが熱分解する際の原子状炭素を浸炭
に利用することから、未分解のメタンを常時被処理物に
接触させる必要があり、円滑に未分解のメタンが被処理
物に接触していないと、浸炭ムラが生じてしまう。Furthermore, since the atomic carbon used in the thermal decomposition of methane is used for carburization, it is necessary to keep undecomposed methane in contact with the object to be treated at all times. If not, uneven carburization will occur.
なお、ここで、ススの発生を抑える浸炭方法として、特
開昭５７−２０３７６８号公報に記載されているよう
に、真空浸炭において、キヤリアガスとして、メタノー
ルを使用し、エンリツチガスとしてプロパン等の炭化水
素含入ガスを使用して対処することが考えられるが、こ
の公報記載の方法では、キヤリアガスとエンリツチガス
との２つの貯溜タンクが必要となり、それら２つのタン
クは、共に、防爆機構が必要で、また、消防法の規定で
貯溜量が制限される等の問題があり、浸炭作業のイニシ
ヤルコストやランニングコストを上昇させてしまう。Here, as a carburizing method for suppressing the generation of soot, as described in JP-A-57-203768, in vacuum carburizing, methanol is used as a carrier gas, and hydrocarbons such as propane are used as an enrich gas. Although it is conceivable to deal with this by using the incoming gas, the method described in this publication requires two storage tanks for carrier gas and enlit gas, both of which tanks require an explosion-proof mechanism, and There is a problem that the amount of storage is limited by the provisions of the Fire Service Law, which increases the initial cost and running cost of carburizing work.
この発明は、上述の課題を解決するものであり、操業コ
ストを低減させて、炉内でのススの発生を抑えることが
できるとともに、使用するガス量を少なくでき、さら
に、浸炭ムラを生じることなく高品質に処理できる真空
浸炭方法を提供することを目的とする。This invention is to solve the above-mentioned problems, while reducing the operating cost, it is possible to suppress the generation of soot in the furnace, it is possible to reduce the amount of gas used, further, carburization unevenness occurs It is an object of the present invention to provide a vacuum carburizing method that can perform high-quality processing without using a vacuum.
＜課題を解決するための手段＞ この発明に係る真空浸炭方法は、下記工程を経て被処理
物を浸炭する構成よりなる。<Means for Solving the Problem> The vacuum carburizing method according to the present invention has a configuration in which the object to be treated is carburized through the following steps.
第一工程 被処理物を熱処理炉に導入し、減圧しつつ加熱する真空
加熱工程。First step A vacuum heating step in which the object to be treated is introduced into a heat treatment furnace and heated while reducing the pressure.
第二工程 前記被処理物を前記炉内で加熱しつつ前記炉内にキヤリ
アガス材料としての水とプロパンとを注入するキヤリア
ガス材料注入工程。Second step A step of injecting a carrier gas material, in which water and propane as a carrier gas material are injected into the furnace while heating the object to be treated in the furnace.
第三工程 前記被処理物を均熱加熱し、その間に併せて前記炉内に
注入されたキヤリアガス材料が分解したキヤリアガスと
前記被処理物とのブードア反応と水性ガス反応の平衡状
態を作る均熱加熱工程。Third step: soaking to uniformly heat the object to be treated, and to create an equilibrium state of a Boudore reaction and a water gas reaction between the carrier gas decomposed by the carrier gas material injected into the furnace and the object to be treated at the same time. Heating process.
第四工程 前記炉内にエンリツチガスとしてのプロパンを導入し、
前記被処理物を浸炭処理する浸炭工程。Fourth step introducing propane as an enrich gas into the furnace,
A carburizing step of carburizing the object to be treated.
第五工程 前記炉内を減圧し、前記被処理物を真空加熱する拡散工
程。Fifth step A diffusion step in which the inside of the furnace is decompressed and the object to be processed is vacuum-heated.
第六工程 前記被処理物を降温均熱加熱する降温均熱加熱工程。Sixth step: a temperature-decreasing and soaking heating step of heating and soaking the object to be treated.
第七工程 前記被処理物を焼入処理する焼入工程。Seventh step A quenching step of quenching the object to be treated.
＜実施例＞ 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。<Embodiment> An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例で使用する真空浸炭炉１は、第１図に示すよう
に、加熱室２と冷却室３との２室を備え、加熱室２と冷
却室３とが、真空容器４で覆われるとともに、真空弁９
・１１を備えた管路１０・１２を介して真空ポンプＶ
と、電磁弁１３・１５を備えた管路１４・１６を介して
窒素ガス等の不活性ガス源Ｇとにそれぞれ接続されてい
る。As shown in FIG. 1, the vacuum carburizing furnace 1 used in the embodiment includes two chambers, a heating chamber 2 and a cooling chamber 3, and the heating chamber 2 and the cooling chamber 3 are covered with a vacuum container 4 and , Vacuum valve 9
Vacuum pump V via conduits 10 and 12 equipped with
And an inert gas source G such as nitrogen gas via pipes 14 and 16 equipped with solenoid valves 13 and 15, respectively.
加熱室２は、高温環境の真空中および大気中において化
学的・強度的に安定している発熱体２ａと断熱材２ｂと
から構成されている。５は装入扉、５ａは内部装入扉、
６は中間真空扉、６ａは内部中間扉である。The heating chamber 2 is composed of a heating element 2a and a heat insulating material 2b which are chemically and strength stable in vacuum and in the atmosphere of a high temperature environment. 5 is a charging door, 5a is an internal charging door,
6 is an intermediate vacuum door, and 6a is an internal intermediate door.
冷却室３は、内部に冷却手段としての油槽３ａを備えて
いる。８は被処理物Ｍを油槽３ａに入れる昇降台であ
る。The cooling chamber 3 has an oil tank 3a as a cooling means inside. Reference numeral 8 is an elevating table for putting the object M to be processed in the oil tank 3a.
そして、この真空浸炭炉１では、加熱室２に２つのノズ
ル２７・２９が配設されている。In the vacuum carburizing furnace 1, the heating chamber 2 is provided with the two nozzles 27 and 29.
ノズル２７は、電磁弁１７を備えた管路１８を経てエン
リツチガス源Ｃとしてのプロパンガスタンクに接続され
ており、ノズル２９は、電磁弁１９を備えた管路２０を
経て、プロパンとともにキヤリアガス材料となる水を貯
溜したキヤリアガス材料源Ｋとしての水タンクに接続さ
れている。The nozzle 27 is connected to a propane gas tank as an enrichment gas source C via a pipe line 18 provided with a solenoid valve 17, and a nozzle 29 becomes a carrier gas material together with propane via a pipe line 20 provided with a solenoid valve 19. It is connected to a water tank as a carrier gas material source K that stores water.
キヤリアガス材料としては、加熱室２内で ＸCO＋ＹH2 と熱分解若しくは分解反応してキヤリアガスを生じさせ
ればよく、 水とプロパンの分解反応は、 3H2O＋C3H8→3CO＋7H2 …(1) となる。The Kiyariagasu material, in the heating chamber 2 XCO + YH 2 and the thermal decomposition or decomposition reaction to may be Sasere cause Kiyariagasu, decomposition reaction of water and propane, 3H 2 O + C 3 H 8 → 3CO + 7H 2 ... (1) and Become.
そして、エンリツチガスとしてプロパンを使用するよう
な場合には、ノズル２７から加熱室２内にプロパンが注
入可能であることから、ノズル２９からは水だけを注入
すればよく、そのため、キヤリアガス材料源Ｋのタンク
には、水だけを貯溜しておけばよい。When propane is used as the enrich gas, since propane can be injected into the heating chamber 2 from the nozzle 27, only water needs to be injected from the nozzle 29. Therefore, the carrier gas source K Only water should be stored in the tank.
つぎに、この真空浸炭炉１を使用して、鋼材である被処
理物Ｍを浸炭処理する方法について説明する（第２図参
照）。なお、実施例の場合、加熱室２の容積は３m3であ
り、500Kgの被処理物Ｍを浸炭処理するものである。Next, a method for carburizing the workpiece M, which is a steel material, using the vacuum carburizing furnace 1 will be described (see FIG. 2). In the case of the embodiment, the volume of the heating chamber 2 is 3 m 3 , and the object M of 500 kg is carburized.
第一工程 まず、装入扉５・５ａを開放し、被処理物Ｍを加熱室２
を装入し、直ちに装入扉５・５ａを閉鎖する。そして、
真空ポンプＶを作動させるとともに電磁弁９を開き、加
熱室２内を0.5Torr程度に減圧しながら、被処理物Ｍを
発熱体２ａにより真空加熱する。なお、この時、同時に
電磁弁１１を開いて、冷却室３も減圧しておく。また、
実施例では、この第一工程の処理時間は約１時間であ
る。First Step First, the charging doors 5 and 5a are opened, and the object M to be processed is heated in the heating chamber 2
And then immediately close the charging doors 5 and 5a. And
The vacuum pump V is operated and the electromagnetic valve 9 is opened to reduce the pressure in the heating chamber 2 to about 0.5 Torr, and the object M to be processed is vacuum-heated by the heating element 2a. At this time, the solenoid valve 11 is simultaneously opened and the cooling chamber 3 is also depressurized. Also,
In the example, the processing time of this first step is about 1 hour.
第二工程 加熱室２内が約850度に到達したなら、電磁弁９を閉じ
て加熱室２内の減圧排気を停止させ、そして、電磁弁１
７・１９を開いて、管路１８・２０・ノズル２７・２９
を経てキヤリアガス材料としての水とプロパンとを加熱
室３内に注入する。そして、加熱室２内が150〜200Torr
(0.2〜0.25atm)となつたならば、電磁弁１７・１９を閉
じて、加熱室２内へのキヤリアガス材料の注入を停止す
る。Second step When the inside of the heating chamber 2 reaches about 850 degrees, the solenoid valve 9 is closed to stop the depressurized exhaust in the heating chamber 2, and the solenoid valve 1
Open 7/19 to open conduits 18/20 / nozzles 27/29
After that, water and propane as a carrier gas material are injected into the heating chamber 3. And inside the heating chamber 2 is 150-200 Torr
When it becomes (0.2 to 0.25 atm), the solenoid valves 17 and 19 are closed and the injection of the carrier gas material into the heating chamber 2 is stopped.
なお、実施例では、水を24cc/min、プロパン（気体）を
10／minの流量として約10分間注入する。In the examples, 24 cc / min of water and propane (gas)
Inject at a flow rate of 10 / min for about 10 minutes.
第三工程 被処理物Ｍを設定温度で均熱加熱する（実施例では950
度）。Third step The object to be treated M is uniformly heated at a set temperature (950 in the embodiment).
Every time).
この時、均熱加熱する充分な時間（実施例では約１時間
〜１時間30分）の間に、既述の(1)式のようにキヤリア
ガスに分解反応する。この時、加熱室２内が高温であ
り、また、加熱室２内が真空容器４で密封された減圧下
であつて、３(H2O)＋１(C3H8)→３(CO)＋７(H2)の容積
の変化が容易に行なえ、さらに、均熱加熱に要する充分
な時間があることから、完全に分解反応することにな
る。またさらに、プロパンから熱分解した原子状炭素
([C])とメタン(CH4)とが存在すれば、水は、約850度以
上において、 [C]＋H2O→CO＋H2 …(2) CH4＋H2O→CO＋3H2 …(3) となつて、完全に分解することとなる。At this time, the decomposition reaction is carried out into the carrier gas as in the above-mentioned formula (1) during a sufficient time for soaking and heating (about 1 hour to 1 hour 30 minutes in the example). At this time, the inside of the heating chamber 2 is at a high temperature, and the inside of the heating chamber 2 is under a reduced pressure sealed by the vacuum container 4, and 3 (H 2 O) +1 (C 3 H 8 ) → 3 (CO) Since the volume of +7 (H 2 ) can be easily changed and there is a sufficient time required for soaking and heating, the decomposition reaction is completed. Furthermore, atomic carbon pyrolyzed from propane
If ([C]) and methane (CH 4 ) are present, the water is [C] + H 2 O → CO + H 2 … (2) CH 4 + H 2 O → CO ＋ 3H 2 … (3 ), It will be completely decomposed.
そして、被処理物Ｍが均熱加熱される時間（実施例では
約１時間〜１時間30分）内において、加熱室２内では、
下記のようなキヤリアガスと被処理物Ｍとのブードア反
応と水性ガス反応の完全な平衡状態を作ることができ
る。Then, in the heating chamber 2 within a time period (approximately 1 hour to 1 hour 30 minutes in the embodiment) in which the object M is uniformly heated,
A complete equilibrium state of the Boudouard reaction and the water gas reaction between the carrier gas and the object to be treated M can be created as described below.
Fe＋2CO[Fe-C]＋CO2 …(4) Fe＋CO＋H2[Fe-C]＋H2O …(5) ちなみに、この時、試験例では、850度で150Torr(0.2at
m)に封じ込んだ水とプロパンからなるキヤリアガス材料
が、約30分後に、300Torr(0.4atm)となつて平衡状態に
なつた。Fe ＋ 2CO [Fe-C] ＋ CO 2 … (4) Fe ＋ CO ＋ H 2 [Fe-C] ＋ H 2 O… (5) By the way, at this time, in the test example, it was 150 Torr (0.2at
The carrier gas material consisting of water and propane contained in m) reached equilibrium after about 30 minutes at 300 Torr (0.4 atm).
なお、第二工程において、キヤリアガス材料として水と
プロパンとを注入した当初には、既述の(5)式の脱炭方
向の←方向の反応を促進するが、密封された加熱室２内
の高温・減圧下で、少量の水(240cc)が封入されるもの
であり、均熱加熱工程が終了するまでの長い時間の間に
は、その水は、完全に分解して、その後、キヤリアガス
と被処理物Ｍとのブードア反応と水性ガス反応の完全な
平衡状態を作ることに寄与できる。In the second step, at the beginning of injecting water and propane as the carrier gas material, the reaction in the ← direction of the decarburizing direction of the above-mentioned formula (5) is promoted, but in the sealed heating chamber 2 A small amount of water (240 cc) is enclosed under high temperature and reduced pressure, and during the long time until the soaking and heating process is completed, the water is completely decomposed, and then the carrier gas and It can contribute to making a perfect equilibrium state between the Boudoard reaction and the water gas reaction with the object M to be treated.
第四工程 そして、均熱加熱工程を経て、キヤリアガスと被処理物
Ｍとの平衡状態が作られたなら、電磁弁１７を開いて、
管路１８・ノズル２７を経てエンリツチガス源Ｃからの
エンリツチガスとしてプロパンを加熱室２内に注入し、
被処理物Ｍを浸炭処理する。Fourth Step Then, after the equilibrium state between the carrier gas and the object to be processed M is created through the soaking and heating step, the solenoid valve 17 is opened,
Propane is injected into the heating chamber 2 as an enlit gas from the enrit gas source C through the conduit 18 and the nozzle 27,
The object to be processed M is carburized.
この時、実施例では、加熱室２内にプロパンを２〜４
／minの流量で約90分間供給する。すると、加熱室２内
では、つぎのような反応を示す。At this time, in the embodiment, 2 to 4 propane was added to the heating chamber 2.
Supply at a flow rate of / min for 90 minutes. Then, the following reaction occurs in the heating chamber 2.
C3H8→2C＋CH4＋2H2 …(6) Ｃ＋CO2→2CO …(7) Ｃ＋H20→CO＋H2 …(8) CH4＋CO2→2CO＋2H2 …(9) CH2＋H2O→CO＋3H2 …(10) そして、既述の(4)・(5)式の平衡状態が崩れ、被処理物
Ｍが浸炭されることとなる（脱炭方向の←方向が崩れ、
浸炭方向の→方向となる）。なお、上述の(6)〜(10)式
の反応は、容積の変化を伴なうことから、減圧下におい
て良好に反応することとなる。なお、このエンリツチガ
スの注入時、例えば、加熱室２内の設定圧を400Torr(0.
5atm)とした場合、その設定圧を越えたなら、約15Torr
(0.02atm)ずつ真空弁９を減圧排気するようにして、浸
炭処理を行なう。C 3 H 8 → 2C + CH 4 + 2H 2 … (6) C + CO 2 → 2CO… (7) C + H 20 → CO + H 2 … (8) CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 … (9) CH 2 + H 2 O → CO + 3H 2 (10) Then, the equilibrium state of the above equations (4) and (5) collapses, and the object M to be treated is carburized (the direction of decarburization ← collapses,
Carburizing direction → direction). Since the reactions of the above formulas (6) to (10) are accompanied by a change in volume, they react well under reduced pressure. At the time of injecting this etching gas, for example, the set pressure in the heating chamber 2 is set to 400 Torr (0.
5 atm), if the set pressure is exceeded, about 15 Torr
Carburizing is performed by evacuating the vacuum valve 9 by (0.02 atm) each.
そして、この浸炭時では、第三工程におけるブードア反
応と水性ガス反応の平衡状態を崩して浸炭に寄与するだ
けの量のエンリツチガスを加熱室２内に注入させればよ
いため、エンリツチガスの使用量が少なく、かつ、その
エンリツチガスを昇温させるエネルギーも少なくて済
み、さらに、注入されたエンリツチガスも加熱室２内で
完全に分解することから、エンリツチガスとしてプロパ
ンを使用しても、ススの発生を抑えることができる。な
お、同容積の加熱室２を使用し、従来の真空浸炭方法で
プロパンにより500Kgの被処理物Ｍを浸炭処理する場合
には、プロパンを30〜80／minの流量で約90分間注入
しており、実施例では、エンリツチガスの使用量を数十
分の一とすることができる そしてまた、この浸炭処理は、従来の真空浸炭方法のよ
うな炭化水素ガスが熱分解する際に生ずる寿命の短い原
子状炭素を利用するのではなく、ブードア反応と水性ガ
ス反応を利用して行なうものであることから、従来の真
空浸炭方法のように、ガスを被処理物Ｍ表面に厳格に導
かなくともよく、その結果、浸炭ムラの発生を防止して
浸炭処理することができる。Then, at the time of this carburization, it is sufficient to inject into the heating chamber 2 an amount of the enrichment gas that contributes to the carburization by breaking the equilibrium state of the Boudouard reaction and the water gas reaction in the third step, so A small amount of energy is required to raise the temperature of the enriched gas, and the injected enriched gas is completely decomposed in the heating chamber 2. Therefore, even if propane is used as the enriched gas, generation of soot can be suppressed. You can When 500 kg of the object M to be treated is carburized with propane by the conventional vacuum carburizing method using the heating chamber 2 having the same volume, propane is injected at a flow rate of 30 to 80 / min for about 90 minutes. In the embodiment, the amount of the enriched gas used can be reduced to several tenths. Further, this carburizing treatment has a short life which occurs when the hydrocarbon gas is thermally decomposed as in the conventional vacuum carburizing method. Since it is carried out by using the Boudouard reaction and the water gas reaction instead of using the atomic carbon, it is not necessary to strictly guide the gas to the surface of the object M to be treated as in the conventional vacuum carburizing method. As a result, carburizing treatment can be performed while preventing occurrence of carburizing unevenness.
第五工程 被処理物Ｍを浸炭処理したならば、電磁弁１７を閉じ、
再び加熱室２内を0.5Torr程度に減圧しながら、被処理
物Ｍを真空加熱して拡散処理する。なお、この時、第二
〜四工程で発生した微量のCO2,H2Oによつて、被処理物
Ｍの表面に酸化物が発生していても、その酸化物は真空
加熱により解離して気散することとなつて、被処理物Ｍ
に異常層が生ずることはない。なお、実施例では、この
第五工程の処理時間は約１時間である。Fifth step If the object M to be treated is carburized, the solenoid valve 17 is closed,
While the pressure in the heating chamber 2 is reduced to about 0.5 Torr again, the object M to be processed is vacuum-heated and subjected to diffusion processing. At this time, even if an oxide is generated on the surface of the object M to be processed due to a slight amount of CO 2 and H 2 O generated in the second to fourth steps, the oxide is dissociated by vacuum heating. To disperse
An abnormal layer does not occur. In addition, in the Example, the processing time of this 5th process is about 1 hour.
第六工程 被処理物Ｍを拡散処理したならば、焼入れに最適な約85
0度の焼入温度まで被処理物Ｍを降温均熱加熱する。こ
の時、電磁弁１３を開き、不活性ガス源Ｇからの窒素ガ
ス等を、加熱室２内が230〜600Torr(0.3〜0.8atm)程度
となるまで、管路１４を経て加熱室２内に注入し、降温
速度を増加させて被処理物Ｍの処理時間を短縮させても
よい。Sixth step If the object to be processed M is diffused, it will be suitable for quenching at approximately 85
The object to be treated M is heated to a quenching temperature of 0 degrees Celsius. At this time, the solenoid valve 13 is opened, and nitrogen gas or the like from the inert gas source G is introduced into the heating chamber 2 through the pipe line 14 until the inside of the heating chamber 2 reaches about 230 to 600 Torr (0.3 to 0.8 atm). The treatment time of the object M to be treated may be shortened by injecting and increasing the temperature lowering rate.
第七工程 被処理物Ｍを所定の焼入温度まで降温させたなら、中間
真空扉６・６ａを開き、被処理物Ｍを冷却室３の昇降台
８に移送し、直ちに中間真空扉６・６ａを閉じる。そし
て、電磁弁１５を開いて不活性ガス源Ｇからの窒素ガス
等を冷却室３内に供給し、昇降台８を降下させて焼入処
理する。なお、中間扉６・６ａを閉じたなら、高温の加
熱室２内へ空気を導入して加熱室２内を大気圧状態と
し、さらに、装入扉５・５ａを開いて後続の二番目の被
処理物Ｍを加熱室２内へ装入し、直ちに装入扉５・５ａ
を閉じる。Seventh step After the temperature of the object to be processed M is lowered to a predetermined quenching temperature, the intermediate vacuum doors 6 and 6a are opened, the objects to be processed M are transferred to the lift 8 of the cooling chamber 3, and the intermediate vacuum doors 6 and 6 are immediately transferred. 6a is closed. Then, the solenoid valve 15 is opened to supply the nitrogen gas or the like from the inert gas source G into the cooling chamber 3, and the elevating table 8 is lowered to perform the quenching process. When the intermediate doors 6 and 6a are closed, air is introduced into the high temperature heating chamber 2 to bring the inside of the heating chamber 2 to the atmospheric pressure state, and further, the charging doors 5 and 5a are opened and the second subsequent door is opened. The workpiece M is loaded into the heating chamber 2, and the loading door 5.5a is immediately inserted.
Close.
そして、昇降台８を上昇させ、搬出扉７を開いて被処理
物Ｍを炉１外へ搬出し、直ちに搬出扉７を閉じ、冷却室
３内を真空排気する。その間に、後続の被処理物Ｍを既
述のように真空加熱・浸炭・拡散処理し、以下順次繰り
返して操業する。Then, the elevating table 8 is raised, the carry-out door 7 is opened to carry the object M out of the furnace 1, the carry-out door 7 is immediately closed, and the inside of the cooling chamber 3 is evacuated. In the meantime, the subsequent object to be processed M is vacuum-heated, carburized, and diffused as described above, and then sequentially repeated.
したがつて、実施例の真空浸炭方法では、第四工程の浸
炭時、第三工程におけるブードア反応と水性ガス反応の
平衡状態を崩して浸炭に寄与するだけの量のエンリツチ
ガスを加熱室２内に注入させればよいため、エンリツチ
ガスの使用量が少なく、かつ、そのエンリツチガスを昇
温させるエネルギーも少なくて済み、さらに、注入され
たエンリツチガスも加熱室２内で完全に分解することか
ら、エンリツチガスにプロパンを使用しても、ススの発
生を抑えることができる。Therefore, in the vacuum carburizing method of the embodiment, at the time of carburizing in the fourth step, the amount of enlit gas that contributes to carburizing by breaking the equilibrium state of the Boudouard reaction and the water gas reaction in the third step is supplied to the heating chamber 2. Since it only has to be injected, the amount of enlit gas used is small, and the energy for heating the enrit gas is also small. Furthermore, the injected enrit gas is completely decomposed in the heating chamber 2, so that propane is converted into enrich gas. Even if is used, the generation of soot can be suppressed.
そしてまた、この浸炭処理は、従来の真空浸炭方法のよ
うな炭化水素ガスが熱分解する際に生ずる寿命の短い原
子状炭素を利用するのではなく、ブードア反応と水性ガ
ス反応を利用して行なうものであることから、従来の真
空浸炭方法のように、ガスを被処理物Ｍ表面に厳格に導
かなくともよく、その結果、浸炭ムラの発生を防止して
浸炭処理することができる。Further, this carburizing treatment is performed by using the Boudouard reaction and the water gas reaction instead of using the short-lived atomic carbon generated when the hydrocarbon gas is thermally decomposed as in the conventional vacuum carburizing method. Therefore, unlike the conventional vacuum carburizing method, it is not necessary to strictly guide the gas to the surface of the object M to be treated, and as a result, carburizing treatment can be performed while preventing occurrence of carburizing unevenness.
また、実施例において、エンリツチガスとしてプロパン
を使用する場合には、キヤリアガス材料源Ｋに水を貯溜
させ、加熱室２内にその水とエンリツチガス源Ｃからの
プロパンとを注入すれば、既述の(1)・(2)・(3)式のよ
うに水とプロパンとが分解反応して、所定のキヤリアガ
スを形成することができる。この場合には、例えば、キ
ヤリアガス材料としてメタノールを使用する場合に比べ
て、水は、人に対して無害であるとともに、火災の虞れ
がなく安全で、貯溜するタンク等の防爆機構や消防法の
規定による100以上の貯溜が禁止される等の規制がな
く、さらに、コストも経済的となる。Further, in the example, when propane is used as the enrichment gas, water is stored in the carrier gas material source K, and the water and the propane from the enrichment gas source C are injected into the heating chamber 2, as described above. As in formulas 1), (2), and (3), water and propane can undergo a decomposition reaction to form a predetermined carrier gas. In this case, as compared with the case where methanol is used as the carrier gas material, water is harmless to humans and is safe without fear of fire, and it has an explosion-proof mechanism such as a storage tank or a fire prevention method. There is no regulation such as prohibiting the storage of 100 or more under the regulations, and the cost will be economical.
なお、従来のガス浸炭方法においては、空気とメタン・
プロパン・ブタン等の炭化水素ガス等を変成炉で変成さ
れたＸCO＋ＹH2＋ＺN2のキヤリアガス、あるいはメタノ
ールと窒素ガス混合のキヤリアガスを使用するが、ガス
浸炭方法では加熱室内の圧力を大気圧以上にしてその雰
囲気を維持するために多量のキヤリアガスを加熱室内に
注入し続けることから、キヤリアガスに少量の水が含ま
れていると、分解反応する時間がなくて平衡状態を作る
ことができず、その結果、未分解の水が加熱室内に注入
されると、常時脱炭方向の反応を促進することとなる。
そのため、従来のガス浸炭方法では、極力、キヤリアガ
スに水が含まれることを排除している。これに対し、実
施例の真空浸炭方法では、キヤリアガス材料として水と
プロパンとを使用しても、その水は、加熱室２内に注入
された当初、既述の(5)式の脱炭方向の←方向の反応を
促進するが、密封された加熱室２内の高温・減圧下で適
量の水が封入されるだけであり、均熱加熱工程が終了す
るまでの長い時間の間に、既述の(1)・(2)・(3)式のよ
うに完全に分解され、被処理物Ｍを脱炭させることはな
い。In the conventional gas carburizing method, air and methane
The hydrocarbon gas such as propane and butane is used as the carrier gas of XCO + YH 2 + ZN 2 that has been converted in the converter furnace, or the carrier gas of the mixture of methanol and nitrogen gas. Since a large amount of carrier gas is continuously injected into the heating chamber to maintain the atmosphere, if the carrier gas contains a small amount of water, the decomposition reaction will not take time and an equilibrium state cannot be created. When undecomposed water is injected into the heating chamber, it always promotes the reaction in the decarburizing direction.
Therefore, the conventional gas carburizing method excludes the inclusion of water in the carrier gas as much as possible. On the other hand, in the vacuum carburizing method of the embodiment, even when water and propane are used as the carrier gas material, the water is initially injected into the heating chamber 2 and the decarburizing direction of the above-described formula (5) is not satisfied. Although the reaction in the ← direction is promoted, only an appropriate amount of water is sealed in the sealed heating chamber 2 under high temperature and reduced pressure, and the reaction is not completed during a long time until the soaking and heating process is completed. It is completely decomposed like the above-mentioned formulas (1), (2) and (3) and does not decarburize the object M to be treated.
さらに、従来のガス浸炭方法において、同容積の加熱室
２を使用するとともにキヤリアガス材料とエンリツチガ
スとにプロパンを使用し、500Kgの被処理物Ｍを浸炭処
理する場合には、総量で約38.3m3のプロパンを使用する
こととなつていた。しかし、実施例において、キヤリア
ガス材料とエンリツチガスとにプロパンを使用する場合
には、第二工程において、10／minの流量として約10
分間、第四工程において、２〜４／minの流量で約90
分間、加熱室２内にプロパンを注入することになり、総
量100＋180〜360＝280〜460、即ち、0.28〜0.46m3の
プロパンの使用量で済み、従来のガス浸炭方法に比べ、
省資源・省エネルギーで浸炭処理を行なうことができ
る。Further, in the conventional gas carburizing method, when the heating chamber 2 having the same volume is used and propane is used as the carrier gas material and the enriching gas to carburize the object M of 500 kg, the total amount is about 38.3 m 3 It was supposed to use propane. However, in the example, when propane is used for the carrier gas material and the etching gas, the flow rate of 10 / min is about 10 in the second step.
About 90 minutes at a flow rate of 2-4 / min in the 4th step for 4 minutes.
Propane will be injected into the heating chamber 2 for a minute, and the total amount of 100 + 180-360 = 280-460, that is, the amount of propane used of 0.28-0.46 m 3 , will be sufficient, compared to the conventional gas carburizing method.
Carburizing can be performed with resource saving and energy saving.
また、実施例の真空浸炭方法において、浸炭窒化処理す
る場合には、次のように行なう。In the vacuum carburizing method of the embodiment, carbonitriding is performed as follows.
キヤリアガス材料としての水に尿素（(NH2)2CO)を50％
溶解させ、その溶液を5cc/min、エンリツチガスとして
のプロパンを５／min、第四工程の浸炭処理時に加熱
室２内へ同時に注入すればよい。50% urea ((NH 2 ) 2 CO) in water as carrier gas material
The solution may be dissolved and 5 cc / min of the solution and 5 / min of propane as an enlit gas may be simultaneously injected into the heating chamber 2 during the carburizing process in the fourth step.
上述のように行なうと、エンリツチガスによる浸炭と同
時に、尿素が加熱室２内で熱分解し、その熱分解によつ
て生じた原子状窒素が被処理物Ｍに吸着・浸透して浸炭
窒化処理が行なわれることとなる。When carried out as described above, urea is thermally decomposed in the heating chamber 2 at the same time as the carburization by the enlit gas, and atomic nitrogen generated by the thermal decomposition is adsorbed and permeated into the object M to be treated for carbonitriding. Will be done.
＜発明の作用・効果＞ この発明に係る真空浸炭方法は、以上のように、第四工
程の浸炭時、第三工程におけるブードア反応と水性ガス
反応の平衡状態を崩して浸炭に寄与するだけの量のエン
リツチガスを加熱室内に注入させればよいため、エンリ
ツチガスの使用量が少なく、かつ、そのエンリツチガス
を昇温させるエネルギーも少なくて済み、さらに、注入
されたエンリツチガスも加熱室内で完全に分解すること
から、ススの発生を抑えることができる。<Operations and Effects of the Invention> As described above, the vacuum carburizing method according to the present invention only contributes to carburizing by breaking the equilibrium state of the Boudouard reaction and the water gas reaction in the third step during the carburizing in the fourth step. Since it is sufficient to inject a large amount of enlit gas into the heating chamber, the amount of enlit gas used is small, and the energy for heating the enlit gas is also small, and the injected enrit gas is also completely decomposed in the heating chamber. Therefore, the generation of soot can be suppressed.
そしてまた、この浸炭処理は、従来の真空浸炭方法のよ
うな炭化水素ガスが熱分解する際に生ずる寿命の短い原
子状炭素を利用するのではなく、ブードア反応と水性ガ
ス反応を利用して行なうものであることから、従来の真
空浸炭方法のように、ガスを被処理物Ｍ表面に厳格に導
かなくともよく、その結果、浸炭ムラの発生を防止して
浸炭処理することができる。Further, this carburizing treatment is performed by using the Boudouard reaction and the water gas reaction instead of using the short-lived atomic carbon generated when the hydrocarbon gas is thermally decomposed as in the conventional vacuum carburizing method. Therefore, unlike the conventional vacuum carburizing method, it is not necessary to strictly guide the gas to the surface of the object M to be treated, and as a result, carburizing treatment can be performed while preventing occurrence of carburizing unevenness.
そしてさらに、キヤリアガス材料として、水と、エンリ
ツチガスとしても使用するプロパンと、を使用するもの
であり、エンリツチガスとしてプロパン等を使用し、キ
ヤリアガス材料としてメタノールを使用する場合（特開
昭５７−２０３７６８号公報に記載されている真空浸炭
法の場合）に比べて、メタノールと違って水を使用する
分、人に対して無害であるとともに、火災の虞れがなく
安全で、貯溜するタンク等の防爆機構や消防法の規定に
よる100以上の貯溜が禁止される等の規制がなく、浸
炭作業のイニシヤルコストやランニングコストを低減す
ることができる。In addition, water and propane, which is also used as an enrich gas, are used as the carrier gas material, and when propane or the like is used as the enrich gas and methanol is used as the carrier gas material (JP-A-57-203768). Compared to the case of the vacuum carburizing method described in (1), it uses water unlike methanol, is harmless to humans, is safe without fear of fire, and has an explosion-proof mechanism such as a storage tank. There is no regulation such as prohibition of 100 or more storage under the provisions of the Fire Defense Law, and the initial cost and running cost of carburizing work can be reduced.
第１図はこの発明で使用する真空浸炭炉の断面図、 第２図は同実施例の運転サイクルを示す図である。 １…（熱処理炉）真空浸炭炉、 ２…加熱室、 ３…冷却室、 Ｖ…真空ポンプ、 Ｇ…不活性ガス源、 Ｃ…エンリツチガス源、 Ｋ…キヤリアガス材料源、 Ｍ…被処理物。 FIG. 1 is a sectional view of a vacuum carburizing furnace used in the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an operation cycle of the same embodiment. 1 ... (Heat treatment furnace) Vacuum carburizing furnace, 2 ... Heating chamber, 3 ... Cooling chamber, V ... Vacuum pump, G ... Inert gas source, C ... Enriched gas source, K ... Carrier gas material source, M ... Object to be treated.
Claims (1)
りなる真空浸炭方法。 第一工程 被処理物を熱処理炉に導入し、減圧しつつ加熱する真空
加熱工程。 第二工程 前記被処理物を前記炉内で加熱しつつ前記炉内にキヤリ
アガス材料としての水とプロパンガスとを注入するキヤ
リアガス材料注入工程。 第三工程 前記被処理物を均熱加熱し、その間に併せて前記炉内に
注入されたキヤリアガス材料が分解したキヤリアガスと
前記被処理物とのブードア反応と水性ガス反応の平衡状
態を作る均熱加熱工程。 第四工程 前記炉内にエンリツチガスとしてのプロパンガスを導入
し、前記被処理物を浸炭処理する浸炭工程。 第五工程 前記炉内を減圧し、前記被処理物を真空加熱する拡散工
程。 第六工程 前記被処理物を降温均熱加熱する降温均熱加熱工程。 第七工程 前記被処理物を焼入処理する焼入工程。1. A vacuum carburizing method comprising carburizing an object to be processed through the following steps. First step A vacuum heating step in which the object to be treated is introduced into a heat treatment furnace and heated while reducing the pressure. Second Step: A carrier gas material injection step of injecting water as a carrier gas material and propane gas into the furnace while heating the object to be processed in the furnace. Third step: soaking to uniformly heat the object to be treated, and to create an equilibrium state of a Boudore reaction and a water gas reaction between the carrier gas decomposed by the carrier gas material injected into the furnace and the object to be treated at the same time. Heating process. Fourth step A carburizing step of introducing propane gas as an enlit gas into the furnace to carburize the object to be treated. Fifth step A diffusion step in which the inside of the furnace is decompressed and the object to be processed is vacuum-heated. Sixth step: a temperature-decreasing and soaking heating step of heating and soaking the object to be treated. Seventh step A quenching step of quenching the object to be treated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63274763A JPH0649923B2 (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Vacuum carburizing method |
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| JP63274763A JPH0649923B2 (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Vacuum carburizing method |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122062A JPH02122062A (en) | 1990-05-09 |
| JPH0649923B2 true JPH0649923B2 (en) | 1994-06-29 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63274763A Expired - Lifetime JPH0649923B2 (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Vacuum carburizing method |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0649923B2 (en) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2017008403A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | 学校法人トヨタ学園 | Carburizing control method |
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| JPS5431976A (en) * | 1977-08-13 | 1979-03-09 | Norichika Tanaka | Multiistage vertical incinerator |
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-
1988
- 1988-10-31 JP JP63274763A patent/JPH0649923B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2017008403A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | 学校法人トヨタ学園 | Carburizing control method |
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| JPH02122062A (en) | 1990-05-09 |
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